Surveillance des effets de l’éclairement sur la Structure des Gels de polymères conjugués à l’aide de la diffusion des neutrons

L’objectif global de cette expérience est de quantifier l’évolution structurelle des polymères conjugués tout au long du processus de gélification en fonction du changement de température et de l’exposition à la lumière in situ. Cette méthode peut aider à apporter des réponses à des questions clés sur le comportement des polymères conjugués. Il donne un aperçu de l’importance de la présence d’un exeton sur leur structure et leur assemblage.

Le principal avantage de cette technique est qu’elle permet une analyse discrète et non destructive des échelles de longueur du polymère pertinentes pour la forme de la structure pendant le processus de gélification du polymère conjugué. Pour commencer la procédure, filtrez cinq grammes de d4-ODCB de haute pureté à travers un tamis de 0,45 micromètre. Ensuite, placez 0,34 gramme de P3HT et 1,66 gramme de d4-ODCB filtré dans un flacon en verre de cinq grammes contenant une barre d’agitation.

Fermez le flacon avec un bouchon doublé d’une feuille d’aluminium et scellez le flacon avec un film de paraffine plastique. Enveloppez le flacon dans du papier d’aluminium pour exclure complètement la lumière. Il est essentiel de minimiser l’exposition à la lumière que l’échantillon reçoit de l’éclairage ambiant, comme les lumières fluorescentes des pièces.

Les échantillons ne doivent pas être laissés sur des paillasses ou dans des zones de rassemblement sans une protection suffisante contre l’éclairage. Remuez la solution à 70 degrés Celsius pendant au moins une à trois heures. Si la solution n’est pas encore homogène, laissez la solution en remuant à 70 degrés Celsius.

Une fois que la solution est homogène, chauffez une pipette en verre à 70 degrés Celsius dans un four. À l’aide de la pipette chauffée, transférez rapidement la solution visqueuse dans une cellule banjo en quartz propre et sèche d’un à deux millimètres d’épaisseur. Fermez la cellule banjo et scellez-la avec un film de paraffine plastique.

Enveloppez la cellule dans du papier d’aluminium ou stockez-la dans un récipient léger. Préparez une cellule de banjo contenant uniquement du d4-ODCB filtré et une cellule de banjo vide comme arrière-plans. Pour commencer l’expérience, vérifiez que l’étage d’échantillonnage de l’instrument est équipé de commandes de température capables d’aller de 70 à 20 degrés Celsius.

Placez l’échantillon et les cellules de banjo d’arrière-plan dans un bloc de stockage de taille appropriée et étiquetez les supports. Enveloppez le bloc dans une feuille d’aluminium de 0,1 millimètre d’épaisseur pour exclure la lumière lors du transfert des échantillons vers l’étage d’échantillonnage. Déballez les échantillons, chargez-les dans l’étage et appliquez du papier d’aluminium sur l’étage d’échantillon.

Alignez et calibrez l’instrument SANS. Réglez la distance du détecteur à un niveau proche de son réglage maximum. Sur la base des taux de comptage de l’échantillon P3HT et de l’ébauche de solvant, déterminer le temps de diffusion approprié pour l’expérience.

Configurez les exemples de scripts de chauffage pour qu’ils passent de 70 à 20 degrés Celsius, en maintenant pendant 15 minutes à chaque point de rampe pendant le temps de diffusion. Chauffez l’étage de l’échantillon à 70 degrés Celsius et maintenez cette température pendant 15 minutes pour équilibrer l’échantillon. Acquérez des données SANS, des données de transmission et une mesure du grain bloqué pour l’échantillon.

Acquérez des données SANS à température ambiante pour l’ébauche de solvant et la cellule vide. Une fois l’expérience sombre terminée, retirez la feuille d’aluminium de l’étage d’échantillon. Positionnez un illuminateur optique avec une source de lumière blanche halogène de manière à ce que la fente de l’échantillon à la position de collecte de diffusion soit entièrement éclairée.

Mesurez et enregistrez l’intensité lumineuse maximale à la position de l’échantillon. Ajustez l’illuminateur, si nécessaire, pour atteindre une intensité d’au moins 5 000 lux. Équilibrez l’échantillon à 70 degrés Celsius et collectez l’échantillon et les données de fond avec la procédure exacte utilisée pour l’expérience dans l’obscurité.

Traiter et analyser les données pour déterminer les paramètres structurels clés. Les données SANS réduites ont été ajustées à une combinaison linéaire d’équations d’ajustement représentant des agrégats de nanofibrilles à travers le modèle de cylindre elliptique et les chaînes libres en solution à travers le modèle de volume exclu des polymères. On a observé que l’intensité absolue augmentait à mesure que la température diminuait pour les expériences sombres et lumineuses.

La différence nette entre les expériences d’obscurité et de lumière pour chaque température indique que l’exposition à la lumière a affecté de manière significative l’agrégation de P3HT. Les paramètres structurels individuels ont été extraits de l’ajustement du modèle combiné. La surface des nanofibrilles était systématiquement plus grande pour les échantillons étudiés dans l’obscurité.

Le facteur d’échelle du modèle de cylindre elliptique, qui décrit la quantité de P3HT dans la phase d’agrégation, était également plus élevé pour les échantillons sombres. Le rayon de giration de la chaîne libre était constamment plus petit et l’exposant de Porod était plus élevé pour les échantillons sombres. En utilisant la diffusion des neutrons à angle ultra-petit, le rayon de giration agrégé s’est avéré plus grand pour les échantillons sombres à des températures plus basses.

Dans l’ensemble, les données indiquent que l’exposition à la lumière a entravé l’agrégation de P3HT. Une fois maîtrisée, cette technique devrait prendre environ trois à quatre heures pour chaque échantillon. Lors de cette procédure, n’oubliez pas de choisir un modèle d’ajustement approprié qui couvre toute l’échelle de longueur d’intérêt.

La littérature, la recherche et la personnalisation par essais et erreurs vous aideront à trouver le modèle de montage le plus robuste qui s’adapte à votre système avec un minimum d’écart résiduel.