Supervisar los efectos de iluminación en la estructura de los geles de polímero conjugado mediante dispersión de neutrones

El objetivo general de este experimento es cuantificar la evolución estructural de los polímeros conjugados a lo largo del proceso de gelificación en función del cambio de temperatura y la exposición a la luz in situ. Este método puede ayudar a proporcionar respuestas a preguntas clave en el comportamiento de los polímeros conjugados. Proporciona información sobre la importancia de la presencia de un exeton en su estructura y ensamblaje.

La principal ventaja de esta técnica es que permite un análisis discreto y no destructivo de las escalas de longitud del polímero relevantes para la forma de la estructura durante el proceso de gelificación del polímero conjugado. Para comenzar el procedimiento, filtre cinco gramos de d4-ODCB de alta pureza a través de un tamiz de 0,45 micrómetros. A continuación, coloque 0,34 gramos de P3HT y 1,66 gramos de d4-ODCB filtrado en un vial de vidrio de cinco gramos que contenga una barra para agitar.

Tape el vial con una tapa forrada con papel de aluminio y selle el vial con una película plástica de parafina. Envuelva el frasco en papel de aluminio para excluir completamente la luz. Es fundamental minimizar la exposición a la luz que la muestra recibe de la iluminación ambiental, como las luces fluorescentes de la habitación.

Las muestras no deben dejarse en mesas de trabajo o en áreas de preparación sin suficiente protección contra la iluminación. Revuelva la solución a 70 grados centígrados durante un mínimo de una a tres horas. Si la solución aún no es homogénea, deje la solución agitando a 70 grados centígrados.

Una vez que la solución sea homogénea, caliente una pipeta de vidrio a 70 grados centígrados en un horno. Utilice la pipeta calentada para transferir rápidamente la solución viscosa a una celda de banjo de cuarzo limpia y seca de uno a dos milímetros de grosor. Tape la celda del banjo y selle la celda con una película plástica de parafina.

Envuelva la celda en papel de aluminio o guarde la celda en un recipiente excluyente ligero. Prepare una celda de banjo que contenga solo d4-ODCB filtrado y una celda de banjo vacía como fondos. Para comenzar el experimento, verifique que la etapa de muestra del instrumento esté equipada con controles de temperatura capaces de oscilar entre 70 y 20 grados centígrados.

Coloque las celdas de banjo de muestra y de fondo en un bloque de sujeción de tamaño adecuado y etiquete los soportes. Envuelva el bloque en papel de aluminio de 0,1 milímetros de grosor para excluir la luz mientras transfiere las muestras a la etapa de muestra. Desenvuelva las muestras, cargue las muestras en la etapa y aplique papel de aluminio a la etapa de muestra.

Alinee y calibre el instrumento SANS. Ajuste la distancia del detector cerca de su configuración máxima. En función de las tasas de recuento de la muestra P3HT y el disolvente en blanco, determine el tiempo de dispersión adecuado para el experimento.

Configure los scripts de calentamiento de muestra para que aumenten de 70 a 20 grados Celsius, manteniéndolos durante 15 minutos en cada punto de rampa dentro del tiempo de dispersión. Caliente la etapa de muestra a 70 grados centígrados y mantenga esa temperatura durante 15 minutos para equilibrar la muestra. Adquiera datos SANS, datos de transmisión y una medición de frijol bloqueado para la muestra.

Adquiera datos SANS a temperatura ambiente tanto para el disolvente en blanco como para la celda vacía. Al completar el experimento oscuro, retire el papel de aluminio de la etapa de muestra. Coloque un iluminador óptico con una fuente de luz blanca halógena de modo que la ranura de muestra en la posición de recolección de dispersión esté completamente iluminada.

Mida y registre la intensidad máxima de luz en la posición de la muestra. Ajuste el iluminador, si es necesario, para lograr una intensidad de al menos 5.000 lux. Equilibre la muestra a 70 grados centígrados y recoja los datos de la muestra y de fondo con el procedimiento exacto utilizado para el experimento oscuro.

Procese y analice los datos para determinar los parámetros estructurales clave. Los datos reducidos de SANS se ajustaron a una combinación lineal de ecuaciones de ajuste que representan agregados de nanofibrillas a través del modelo de cilindro elíptico y las cadenas libres en solución a través del modelo de volumen excluido de polímero. Se observó que la intensidad absoluta aumentaba a medida que disminuía la temperatura tanto para los experimentos oscuros como para los ligeros.

La clara diferencia entre los experimentos de oscuridad y luz para cada temperatura indica que la exposición a la luz afectó significativamente la agregación de P3HT. Los parámetros estructurales individuales se extrajeron del ajuste combinado del modelo. El área superficial de las nanofibrillas fue consistentemente mayor para las muestras estudiadas en la oscuridad.

El factor de escala del modelo de cilindro elíptico, que describe la cantidad de P3HT en la fase agregada, también fue mayor para las muestras oscuras. El radio de giro de la cadena libre fue consistentemente más pequeño y el exponente de Porod fue mayor para las muestras oscuras. Usando dispersión de neutrones en ángulo ultra pequeño, se encontró que el radio agregado de giro era mayor para muestras oscuras a temperaturas más bajas.

En general, los datos indican que la exposición a la luz dificultó la agregación de P3HT. Una vez dominada, esta técnica debería tomar entre tres y cuatro horas para cada muestra. Al intentar este procedimiento, recuerde elegir un modelo de ajuste adecuado que abarque toda la escala de longitud de interés.

La literatura, la investigación y la personalización de prueba y error ayudarán a encontrar el modelo de ajuste más robusto que se adapte a su sistema con una discrepancia residual mínima.