Überwachung der Auswirkungen der Beleuchtung auf die Struktur des konjugierten Polymer-Gel mit Neutronenstreuung

Das übergeordnete Ziel dieses Experiments ist es, die strukturelle Entwicklung von konjugierten Polymeren während des Gelierungsprozesses in Abhängigkeit von der Temperaturänderung und der In-situ-Lichteinwirkung zu quantifizieren. Diese Methode kann helfen, Antworten auf Schlüsselfragen zum Verhalten konjugierter Polymere zu geben. Es gibt einen Einblick in die Bedeutung des Vorhandenseins eines Exetons für ihre Struktur und Montage.

Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie eine unauffällige und zerstörungsfreie Analyse der Polymerlängenskalen ermöglicht, die für die Form der Struktur während des Gelierungsprozesses des konjugierten Polymers relevant sind. Zu Beginn des Verfahrens filtrieren Sie fünf Gramm hochreines d4-ODCB durch ein 0,45-Mikrometer-Sieb. Geben Sie dann 0,34 Gramm P3HT und 1,66 Gramm filtriertes d4-ODCB in ein Fünf-Gramm-Glasfläschchen, das einen Rührstab enthält.

Verschließen Sie das Fläschchen mit einer mit Folie ausgekleideten Kappe und verschließen Sie das Fläschchen mit einer Paraffinfolie. Wickeln Sie das Fläschchen in Alufolie ein, um das Licht vollständig auszuschließen. Es ist wichtig, die Lichteinwirkung der Probe durch Umgebungslicht, wie z. B. fluoreszierende Raumbeleuchtung, zu minimieren.

Die Proben sollten nicht auf Laborplatten oder in Bereitstellungsbereichen ohne ausreichende Abschirmung vor Beleuchtung aufbewahrt werden. Rühren Sie die Lösung mindestens ein bis drei Stunden lang bei 70 Grad Celsius um. Wenn die Lösung noch nicht homogen ist, lassen Sie die Lösung bei 70 Grad Celsius rühren.

Sobald die Lösung homogen ist, erhitzen Sie eine Glaspipette in einem Ofen auf 70 Grad Celsius. Verwenden Sie die erhitzte Pipette, um die viskose Lösung schnell in eine saubere, trockene, ein bis zwei Millimeter dicke Quarz-Banjo-Zelle zu überführen. Verschließen Sie die Banjo-Zelle und versiegeln Sie die Zelle mit einer Kunststoff-Paraffinfolie.

Wickeln Sie die Zelle in Alufolie ein oder lagern Sie die Zelle in einem leichten Behälter. Bereiten Sie eine Banjozelle vor, die nur gefiltertes d4-ODCB und eine leere Banjozelle als Hintergrund enthält. Um das Experiment zu starten, stellen Sie sicher, dass der Probentisch des Instruments mit Temperaturreglern ausgestattet ist, die zwischen 70 und 20 Grad Celsius liegen können.

Legen Sie die Proben- und Hintergrund-Banjo-Zellen in einen entsprechend großen Halteblock und beschriften Sie die Halter. Wickeln Sie den Block in 0,1 Millimeter dicke Aluminiumfolie ein, um Licht auszuschließen, während Sie die Proben auf den Probentisch übertragen. Packen Sie die Proben aus, laden Sie die Proben in den Tisch und tragen Sie Aluminiumfolie auf den Probentisch auf.

Richten Sie das SANS-Gerät aus und kalibrieren Sie es. Stellen Sie den Detektorabstand nahe an die maximale Einstellung ein. Bestimmen Sie anhand der Zählraten für die P3HT-Probe und den Lösungsmittelblindwert die geeignete Streuzeit für das Experiment.

Konfigurieren Sie die Beispielheizskripte so, dass sie von 70 auf 20 Grad Celsius ansteigen und an jedem Rampenpunkt innerhalb der Streuzeit 15 Minuten lang halten. Erhitzen Sie den Probentisch auf 70 Grad Celsius und halten Sie diese Temperatur 15 Minuten lang, um die Probe auszugleichen. Erfassen Sie SANS-Daten, Übertragungsdaten und eine Messung der blockierten Bohne für die Probe.

Erfassen Sie SANS-Daten bei Raumtemperatur sowohl für den Lösungsmittelrohling als auch für die leere Zelle. Entfernen Sie nach Abschluss des Dunkelexperiments die Aluminiumfolie vom Probentisch. Eine optische Beleuchtung mit einer Halogen-Weißlichtquelle so positionieren, dass der Probenschlitz an der Streusammelposition vollständig ausgeleuchtet ist.

Messen und protokollieren Sie die maximale Lichtintensität an der Probenposition. Stellen Sie die Beleuchtung bei Bedarf so ein, dass eine Intensität von mindestens 5.000 Lux erreicht wird. Äquilibrieren Sie die Probe bei 70 Grad Celsius und sammeln Sie Proben- und Hintergrunddaten mit dem exakten Verfahren, das für das Dunkelexperiment verwendet wurde.

Verarbeiten und analysieren Sie die Daten, um wichtige Strukturparameter zu bestimmen. Die reduzierten SANS-Daten wurden an eine lineare Kombination von Anpassungsgleichungen angepasst, die Nanofibrillenaggregate durch das elliptische Zylindermodell und die freien Ketten in Lösung durch das Polymer-ausgeschlossene Volumenmodell darstellen. Es wurde beobachtet, dass die absolute Intensität sowohl für die Dunkel- als auch für die Lichtexperimente zunahm, wenn die Temperatur abnahm.

Der deutliche Unterschied zwischen den Dunkel- und Lichtexperimenten für jede Temperatur deutet darauf hin, dass die Lichtexposition die P3HT-Aggregation signifikant beeinflusste. Aus der kombinierten Modellanpassung wurden einzelne Strukturparameter extrahiert. Die Nanofibrillenoberfläche war bei Proben, die im Dunkeln untersucht wurden, durchweg größer.

Der Modellskalierungsfaktor für elliptische Zylinder, der die Menge an P3HT in der Aggregatphase beschreibt, war bei dunklen Proben ebenfalls größer. Der Gyrationsradius der freien Kette war durchweg kleiner und der Porod-Exponent war bei dunklen Proben höher. Mit Hilfe der ultrakleinen abgewinkelten Neutronenstreuung wurde festgestellt, dass der aggregierte Gyrationsradius für dunkle Proben bei niedrigeren Temperaturen größer ist.

Insgesamt deuten die Daten darauf hin, dass die Exposition gegenüber Licht die P3HT-Aggregation behinderte. Sobald diese Technik beherrscht ist, sollte sie für jede Probe etwa drei bis vier Stunden dauern. Denken Sie beim Versuch dieses Verfahrens daran, ein geeignetes Anpassungsmodell auszuwählen, das die gesamte interessierende Längenskala abdeckt.

Literatur, Forschung und Trial-and-Error-Anpassungen helfen dabei, das robusteste Anpassungsmodell zu finden, das mit minimalen Restabweichungen zu Ihrem System passt.