Monitoraggio degli effetti di illuminazione sulla struttura del gel di polimeri coniugati utilizzando lo Scattering di neutroni

L'obiettivo generale di questo esperimento è quantificare l'evoluzione strutturale dei polimeri coniugati durante il processo di gelificazione in funzione sia del cambiamento di temperatura che dell'esposizione alla luce in situ. Questo metodo può aiutare a fornire risposte a domande chiave sul comportamento dei polimeri coniugati. Fornisce informazioni sull'importanza della presenza di un exeton sulla loro struttura e assemblaggio.

Il vantaggio principale di questa tecnica è che consente un'analisi discreta e non distruttiva delle scale di lunghezza del polimero rilevanti per la forma della struttura durante il processo di gelificazione del polimero coniugato. Per iniziare la procedura, filtrare cinque grammi di d4-ODCB ad alta purezza attraverso un setaccio da 0,45 micrometri. Quindi, mettere 0,34 grammi di P3HT e 1,66 grammi di d4-ODCB filtrato in un flaconcino di vetro da cinque grammi contenente una barra di agitazione.

Tappare il flaconcino con un tappo foderato di carta stagnola e sigillare il flaconcino con un film di plastica di paraffina. Avvolgere la fiala in un foglio di alluminio per escludere completamente la luce. È fondamentale ridurre al minimo l'esposizione alla luce che il campione riceve dall'illuminazione ambientale, come le luci fluorescenti della stanza.

I campioni non devono essere lasciati sui banchi di lavoro o nelle aree di staging senza una sufficiente schermatura dall'illuminazione. Mescolare la soluzione a 70 gradi Celsius per un minimo di una o tre ore. Se la soluzione non è ancora omogenea, lasciare la soluzione in infusione a 70 gradi Celsius.

Una volta che la soluzione è omogenea, scaldare una pipetta di vetro a 70 gradi Celsius in forno. Utilizzare la pipetta riscaldata per trasferire rapidamente la soluzione viscosa in una cella banjo di quarzo pulita, asciutta e spessa da uno a due millimetri. Tappare la cella banjo e sigillare la cella con una pellicola di plastica di paraffina.

Avvolgere la cella in un foglio di alluminio o conservare la cella in un contenitore che escluda la luce. Prepara una cella banjo contenente solo d4-ODCB filtrato e una cella banjo vuota come sfondo. Per iniziare l'esperimento, verificare che lo stadio di campionamento dello strumento sia dotato di controlli di temperatura in grado di variare da 70 a 20 gradi Celsius.

Posizionare il campione e le celle banjo di sfondo in un blocco di supporto di dimensioni adeguate ed etichettare i supporti. Avvolgere il blocco in un foglio di alluminio spesso 0,1 millimetri per escludere la luce durante il trasferimento dei campioni allo stadio di campionamento. Scartare i campioni, caricare i campioni nel tavolino e applicare un foglio di alluminio sul tavolino del campione.

Allineare e calibrare lo strumento SANS. Impostare la distanza del rivelatore vicino alla sua impostazione massima. Sulla base dei tassi di conteggio per il campione P3HT e il bianco del solvente, determinare il tempo di dispersione appropriato per l'esperimento.

Configura gli script di riscaldamento del campione in modo che aumentino da 70 a 20 gradi Celsius, tenendoli premuti per 15 minuti in ogni punto di rampa entro il tempo di dispersione. Riscaldare il tavolino del campione a 70 gradi Celsius e mantenere la temperatura per 15 minuti per equilibrare il campione. Acquisisci i dati SANS, i dati di trasmissione e una misurazione del fagiolo bloccato per il campione.

Acquisizione dei dati SANS a temperatura ambiente sia per il bianco del solvente che per la cella vuota. Dopo aver completato l'esperimento al buio, rimuovere il foglio di alluminio dal tavolino di campionamento. Posizionare un illuminatore ottico con una sorgente di luce bianca alogena in modo che la fessura del campione nella posizione di raccolta della dispersione sia completamente illuminata.

Misurare e registrare l'intensità massima della luce nella posizione del campione. Regolare l'illuminatore, se necessario, in modo da ottenere un'intensità di almeno 5.000 lux. Equilibra il campione a 70 gradi Celsius e raccogli i dati del campione e dello sfondo con l'esatta procedura utilizzata per l'esperimento al buio.

Elabora e analizza i dati per determinare i parametri strutturali chiave. I dati SANS ridotti sono stati adattati a una combinazione lineare di equazioni di adattamento che rappresentano aggregati di nanofibrille attraverso il modello del cilindro ellittico e le catene libere in soluzione attraverso il modello del volume escluso dal polimero. È stato osservato che l'intensità assoluta aumenta al diminuire della temperatura sia per gli esperimenti al buio che per quelli con la luce.

La netta differenza tra gli esperimenti al buio e alla luce per ciascuna temperatura indica che l'esposizione alla luce ha influenzato significativamente l'aggregazione di P3HT. I singoli parametri strutturali sono stati estratti dall'adattamento combinato del modello. L'area superficiale delle nanofibrille era costantemente maggiore per i campioni studiati al buio.

Il fattore di scala del modello del cilindro ellittico, che descrive la quantità di P3HT nella fase aggregata, era anche maggiore per i campioni scuri. Il raggio di rotazione della catena libera era costantemente più piccolo e l'esponente di Porod era più alto per i campioni scuri. Utilizzando la diffusione di neutroni angolata ultra-piccola, il raggio di rotazione aggregato è risultato essere maggiore per campioni scuri a temperature più basse.

Nel complesso, i dati indicano che l'esposizione alla luce ha ostacolato l'aggregazione di P3HT. Una volta padroneggiata, questa tecnica dovrebbe richiedere circa tre o quattro ore per ogni campione. Durante l'esecuzione di questa procedura, ricordarsi di scegliere un modello di raccordo appropriato che si estenda all'intera scala di lunghezza di interesse.

La letteratura, la ricerca e la personalizzazione per tentativi ed errori ti aiuteranno a trovare il modello di raccordo più robusto che si adatta al tuo sistema con una discrepanza residua minima.