利用中子散射监测光照对共轭聚合物凝胶结构的影响

本实验的总体目标是量化共轭聚合物在凝胶化过程中，随温度变化和原位光照条件下的结构演变。该方法有助于解答共轭聚合物行为中的一些关键问题，揭示激子在其结构形成与组装过程中的重要作用。

该技术的主要优势在于，它能够对共轭聚合物凝胶化过程中与结构形态相关的聚合物长度尺度进行无干扰且非破坏性的分析。开始实验时，将五克高纯度的d4-ODCB通过0.45微米滤膜过滤。然后，将0.34克P3HT和1.66克过滤后的d4-ODCB加入含有搅拌子的五克玻璃小瓶中。

用带铝箔衬垫的瓶盖盖紧小瓶，并用塑料石蜡膜密封小瓶。用铝箔包裹小瓶，完全避光。必须尽量减少样品暴露于环境光（如荧光室内照明）下的时间。

样品不应放置在实验台面或暂存区域而无充分的避光保护。在70摄氏度下搅拌溶液至少一至三小时。如果溶液仍未达到均一状态，则继续在70摄氏度下搅拌。

当溶液变为均一时，将玻璃移液管在烘箱中加热至70摄氏度。使用加热的移液管迅速将黏稠溶液转移至洁净、干燥、厚度为一到两毫米的石英班卓池中。盖上班卓池盖子，并用塑料石蜡膜密封池体。

用铝箔包裹细胞，或将细胞置于避光容器中保存。准备一个仅含过滤后d4-ODCB的班卓池细胞和一个空的班卓池细胞作为背景。实验开始前，确认仪器样品台配备有温度控制装置，能够将温度调节范围维持在70至20摄氏度之间。

将样品和背景班卓电池置于适当尺寸的固定块中，并标记 holders。在将样品转移至样品台的过程中，用厚度为 0.1 毫米的铝箔包裹固定块以避光。打开铝箔，将样品装入样品台，并用铝箔覆盖样品台。

对SANS仪器进行准直和校准。将探测器距离设置为接近其最大值。根据P3HT样品和溶剂空白的计数率，确定实验所需的合适散射时间。

设置样品加热程序，使温度在散射时间内从 70 摄氏度逐步降至 20 摄氏度，每个温度梯度保持 15 分钟。将样品台加热至 70 摄氏度，并在此温度下保持 15 分钟，以使样品达到平衡。采集样品的 SANS 数据、透射数据以及挡束测量数据。

在室温下分别采集溶剂空白和空样品池的小角中子散射（SANS）数据。暗实验完成后，从样品台移除铝箔。将带有卤素白光光源的光学照明器放置到位，使散射信号采集位置的样品槽得到充分照明。

测量并记录样品位置的最大光照强度。如有必要，调节光源以达到至少 5,000 lux 的强度。将样品在 70 摄氏度下平衡，并采用与暗实验完全相同的步骤采集样品数据和背景数据。

处理和分析数据以确定关键的结构参数。将减除后的SANS数据拟合为拟合方程的线性组合，其中椭圆柱模型用于表征纳米原纤聚集体，聚合物排除体积模型用于表征溶液中的游离链。在暗态和亮态实验中，均观察到绝对强度随温度降低而增加。

每种温度下黑暗与光照实验之间的显著差异表明，光照暴露显著影响了P3HT的聚集行为。通过联合模型拟合提取了各个结构参数。在黑暗条件下研究的样品，其纳米原纤维表面积始终更大。

描述P3HT在聚集相中含量的椭圆柱模型比例因子在深色样品中也更大。深色样品的自由链回转半径 consistently 较小，而Porod指数较高。通过超小角中子散射发现，在较低温度下，深色样品的聚集相回转半径更大。

总体而言，数据表明光照会抑制 P3HT 的聚集。掌握该技术后，每个样品的实验时间约为三到四小时。在进行该操作时，请记住选择一个合适的拟合模型，以覆盖整个感兴趣的空间尺度范围。

文献、研究以及反复试验的优化将有助于找到最适合您系统的稳健拟合模型，使残差差异最小化。