공부 하 고 전도성 물리의 위상 동작을 제어 하는 일반 방법 젤로 Conductometry (TSC)를 검색 하는 열

요약

냉각 과정의 활동은 저 분자 무게 gelators에 따라 이온 젤의 속성을 정의 합니다. 이 원고 열 검색 conductometry (TSC), 샘플의 온도 열전도율의 측정 위치에 따라 겔 화 과정에 완전 통제를 얻는 사용을 설명 합니다.

초록

열 검색 conductometry 프로토콜은 이온 젤 낮은 분자량 gelators에 따라 공부에 새로운 접근 이다. 메서드는 ionogels, 동적으로 변화 상태에 따라 더 많은 정보와 증가와 전도성 속성의 미묘한 변화에 대 한 세부 정보를 제공 하거나 온도 감소 하도록 설계 됩니다. 또한,는 메서드 (예: 일, 주) 긴 기간 안정성을 조사 하기 위해 일정 한 온도에서 측정의 성능과 시스템 및 노화 효과의 내구성 수 있습니다. 클래식 conductometry TSC 방법의 주요 장점은 불가능 했다 때문에 온도 안정화, 고전적인 방법으로는 일반적으로 전에 긴 시간 겔 화 과정, 측정을 수행 하는 능력은 개별 측정입니다. 그것은 잘 알려진 사실 그 물리적 젤 단계를, 냉각 단계 빨리 해야 합니다; 또한, 냉각 속도 따라 다른 마이크로 구조를 얻을 수 있습니다. 외부 온도 시스템에 의해 보장 될 수 있는 어떤 냉각/가 열 속도와 TSC 메서드를 수행할 수 있습니다. 우리의 경우, 우리 0.1과 약 10 ° C/min 사이 선형 온도 변화 속도 얻을 수 있습니다. Conductometry 검색 열 사이클, 지속적으로 변화 하는 열 및 냉각 단계 사이에서 작동 하도록 설계 되었습니다. 이러한 접근 방식은 열 가역 젤-솔 상전이의 재현성 연구 수 있습니다. 또한, 다른 실험 프로토콜의 성능을 측정 셀에서 제거 하지 않고 초기 상태 (필요한 경우)를 새로 고칠 수 있습니다 동일한 샘플에 있습니다. 따라서, 측정 수행할 수 있습니다 더 빨리, 더 효율적으로, 그리고 훨씬 더 높은 재현성 및 정확성. 또한, TSC 메서드 사용할 수 있습니다 또한 도구로 미세, 전도성 속성의 인스턴트 묘사와 같은 타겟 속성 ionogels을 제조.

서론

열 가역 Ionogels
실제 겔 화 용 매 분자의 존재에 자기 조립된 gelator 분자의 구조의 건설을 허용 하는 프로세스입니다. 이 현상에 대 한 책임 상호 작용의 비 공유 특성상 (예: 수소 결합, 반 데르 발스 상호작용, 분산 힘, 정전기 힘, π-π 스태킹, 등), 이러한 시스템은 열 가역. gelator와 만들 수 있는 시스템의 다양의 매우 낮은 농도 함께 열이 가역 화학 것 들 물리적 젤의 주요 장점 중 일부입니다. 물리적 젤의 독특한 속성은 ionogels 쉬운 재활용, 긴 주기 생활, 향상 된 물리적 특성 (예: 이온 전도도), 생산의 용이성의 저하 같은 바람직한 기능 특징은 생산 비용입니다. 이 대 한 대체 방법으로 사용할 수 생각 했다 (이 이미 광범위 한 다른 응용 프로그램^1,2,,34) 물리적 젤의 위의 장점 계정에 복용, 전해질 응고와 ionogels^5,6,,78의 취득. 그러나, 클래식 conductometry는 민감하고 충분히 정확 하 게 같은 동적으로 변화 하는 시스템에 따라이 지 아니었다. 따라서, 그것은 상전이 감지 하지 못했습니다 하 고 젤 매트릭스⁹에서 이온의 역학을 강화. 이 무감각에 대 한 이유는 샘플 속성의 동적 변화 했다 진행 측정이 시작 되기 전에 온도 안정화에 필요한 시간을 했다. 또한, 측정된 온도 수 크게 실험 시간을 확장 하기 위하여에서 제한 되었다. 따라서, 완전 하 고 정확 하 게는 ionogels 특성, 새로운 방법이 필요 했다는을 온도의 기능으로 속성의 동적 변화를 따라 지속적으로 실시간으로 데이터를 기록할 수 있을 것 이라고. 겔 화 과정을 실시 하는 방법으로 만든된 ionogel의 속성을 결정 합니다. Intermolecular 비 공유 상호 작용; 냉각 단계 정의 겔 화 온도 변경 하 여 요금을 냉각 한 강하게 그 상호 작용을 좌우할 수 있다. 따라서, 그것은 매우는 겔 화 때 냉각 하는 동안 시스템을 측정 하는 것이 중요 했다. 고전적인 방식으로이 온도 안정화 시간, 측정 및 성공적인 겔 화에 필요한 빠른 냉각 속도 때문에 불가능 했다. 그러나, conductometry 메서드를 검색 하는 열이이 작업은 매우 간단, 정확 하 고 재현 가능한 결과 제공 합니다와 샘플 속성 ^{샘플에 적용 되는 열 변경의 다른 활동의 영향의 조사를 수 10}. 대상된 속성으로 ionogels를 공부 하 고 동시에 제조 수 있습니다 결과적으로.

열 검색 Conductometry (TSC)
Conductometry를 검색 하는 열은 동적으로 변경의 전도도 측정에 대 한 재현, 정확 하 고 빠른 응답 실험 방법을 제공 하 고 ionogels 같은 열 가역 시스템, 낮은 분자량에 따라 gelators입니다. 그러나, 그것은 사용할 수 있습니다 또한 전해질, 이온 액체와 센서의 측정 범위에 전도도 측정 셀에 배치 될 수 있다 고 다른 실시 샘플. 또한, 연구 응용 프로그램 외 메서드는 성공적으로 사용 ionogels 미세, 광학 모양 또는 열 안정성 같은 대상된 속성으로 정확 하 고 쉬운 방법으로 전이 온도 단계를. 속도 론 TSC 방법의 사용으로 열 치료의 역사에 따라, 우리는 물리적 젤 시스템의 몇 가지 기본 속성에 대 한 모든 권한을 얻을. 또한 챔버는 샘플 상태를 검사 하 고 특히 겔 화 및 해체 프로세스 동안 샘플의 변화를 기록 하는 비디오 카메라에 장착 되었습니다. TSC 방법의 추가적인 장점은 단순 시스템 표준 conductometer에서 프로그래밍 가능한 온도 조절기, 난방/냉각 매체, 냉장고, 측정 챔버, 그리고 PC에 대 한 질소 가스 라인 건설 수 있습니다. 대부분 실험실에서 찾을 수 있습니다.

TSC 실험 사이트
상대적으로 낮은 비용으로 거의 모든 실험실에서 conductometry 실험적인 체제를 검색 하는 열을 만들 수 있습니다. 반환에서는, 하나 다른 외부 조건에서 액체와 반 고체의 전도성 샘플 측정 재현성, 정확 하 고 빠른 메서드를 가져옵니다. 우리의 실험실에 TSC 실험적인 체제의 상세한 계획은 주어진 그림 1.

그림 1: 측정 사이트의 블록 다이어그램. 열 검색 conductometry 방법에 대 한 실험적 설치 작업에 구성 된 구성 요소입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

온도 변화에 대 한 수 제 온도 컨트롤러 사용 되었다, 그러나 선형 정의 변화 속도와 온도 변경할 수 있습니다, 프로그램 가능한 온도 컨트롤러의 어떤 종류를 사용할 수 있습니다. 열 절연에 대 한 특별 한 약 실 건설 되었습니다. 챔버를 격리를 사용 하 여의 목적은 샘플에서 온도 수평 그라디언트를 최소화 하 고 빠른 냉각 속도 보장 하기 위해서입니다. 40 m m 내부 직경 및 300 m m 길이 함께 유리 실린더는 약 실에 의하여 이루어져 있다. 가스 질소 후미와 히터 있는, 아래쪽에서 입구의 끝 뜨거운 또는 차가운 가스를 균일 하 게 확산 하는 diffusor 장비 된다. 가변 온도 컨트롤러 (VTC)의 온도 센서, PT100 있는 장소 이기도 합니다. 샘플의 온도 온도 센서, 전도도 센서에 의해 독립적으로 기록 됩니다. 또한, 상공 회의소는 샘플 상태를 검사 하 고 특히 겔 화 및 해체 프로세스 동안 샘플의 변화를 기록 하는 비디오 카메라에 장착 되었습니다. 250 L 고압 탱크에 액체 질소의 증발에서 얻은 기체 질소 난방 및 냉각 매체로 사용 됩니다. 질소 라인 작업 압력 6 바, 설정 이며 측정 사이트에 2 바 감소. 이러한 설정을 4와 28 L/min 어떤 방해 없이 10 ° C/min의 냉각 속도 수 있는 유량의 획득을 수 있습니다. 질소 가스의 초기 온도, 낮은 외부 냉장고 사용 되었습니다, 그리고 감소 온도 10 ° c. 실 온에서 시작 온도 변화의 좋은 선형성의 획득 수 있습니다. 빠른 냉각 하는 동안 질소 가스의 온도 높은 냉각 속도 돕기 위해-15 ° c 감소 됩니다. 그것이 기체 질소를 사용 하 여도 건조 한 공기, 낮은 온도 때문에 냉장고를 장식 하는 피하기 위해 필요 합니다.

샘플 58 m m의 길이 내경 9 m m의 유리병에 삽입, 폴 리 프로필 렌, 만든 되었고 꽉 닫기 위해 고무 링 나사 모자 장비. 튜브를 사용할 수 있습니다 최대 120 ° c. ( 그림 2참조).

그림 2: 의 폴 리 프로필 렌 유리병 및 전도도 센서의 장착 사진. (1) 폴 리 프로필 렌 병, 고무 링 (2) 나사 모자, 2a-전도도 센서 탑재 전도도 센서, 테 플 론 테이프 보안 나사 모자 (3) 유리병에 장착 나사 모자. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

프로토콜

1. TSC 측정을 위한 실험 사이트의 준비

1. TSC 메서드의 전체 특성 측정, 상용 conductometer 4 전극 셀 (또는 셀 낮은 conductivities에 사용할 수는 두 개의 전극)과 온도 센서를 사용 합니다. PC에 연결 하 고 전도도 및 샘플의 온도 기록 (tetraethylammonium 브 로마 이드-글리세롤에 TEABr-의 어 금 니 농도 1 M에 methyl-4,6-O-(p-nitrobenzylidene)-α-D-glucopyranoside의 4% wt % 공부 경우에서 사용 Glyc 참조 3 이온 젤 샘플 준비에 대 한 단락) 컴퓨터 시간 함께.
2. 자동 판독에 대 한 conductometer, 함께 제조업체에서 제공 하는 소프트웨어를 사용 하 고 측정 모드를 설정 합니다 간격 수치와 연속 모든 1 s.
3. 질소 선 (채우기 고압 질소 액체 질소 탱크 및 그것에 질소 기체 질소를 증발 하기 시작), 준비 하 고 설정 압력 2 바, 필요한 흐름, 다음 질소 가스의 초기 온도 감소 와 냉장고의 원조.
4. 긴밀 하 게 전도성 센서에 유리병의 마 개를 탑재 하 고 테 플 론 테이프 (휘발성 샘플 중요 한)의 조각으로 그것을 확보 ( 그림 2참조).

2입니다. 전해질 용액의 준비

1. 글리세롤, 용 매, 및 tetraethylammonium 브 로마 이드 (TEABr)로 사용의 적절 한 금액을 혼합 하 여 전해질을 준비 (화합물의 필요한 금액을 달아 사용 규모 따라 농도 대 한 필요한 조사)에 용액으로 사용 되는 유리 병 긴밀 하 게 폐쇄 하 고 15 분 동안 100 ° C에가 열.
2. 다음, 1 분 및 그것은 다시 모든 용액 되도록 5 분 동안 100 ° C에 녹는 열 혼합물을 약동 하 고 혼합물이 균질.
3. 이 사용 하 여 측정, 그리고 이후에 ionogels의 준비를 위한 전해질 솔루션을 준비.

3. 저 분자량 이온 젤의 준비

1. 낮은 분자량 gelator의 178.6 mg 4 mL의 1 M TEABr/Glyc 전해질 솔루션 4%를 추가 하 여 전해질 솔루션 (섹션 2 참조)에서 ionogels 준비 이온 젤 샘플의 wt %.
   참고: 사용된 gelator의 화학 합성 다른 기술 되었다¹¹.
2. gelator를 해산, 전해질 솔루션 유리 병에 그것을 추가 하 고 해산을 지원 하기 위해 추가 교 반으로 20 분 동안 130 ° C에서 열.
3. 완전히 용 해는 gelator, 후 샘플은 균질 성 보장을 추가로 5 분을 위한 혼합물을 열.
4. 다음으로, 실제 겔 화 되도록 10 ° C에서 건조 냉각 블록에서 샘플 식혀 신속 하 게. 절차 후 균질, 투명 또는 불투명 젤 단계 (그림 3) 얻을 수 해야 합니다.
   참고: 첫 번째 겔 화 수행 된 후 샘플 때 액체 높은 온도에서 솔 단계를 있지만 실내 온도에 반환 후 젤 단계 다시 나타났다. 젤-솔 상전이에 필요한 온도 결정 gelator의 해산에 필요한 온도 보다 낮습니다. 냉각 단계의 활동을 변경 하 여 하나는 미세, 광학 모양, 또는 젤-솔 위상 전환 온도 (T_gs) 획득된 ionogel의 물리적 특성을 좌우할 수 있다.

그림 3 :: 는 조사의 실제 모양 샘플. 1 M TEABr/Glyc 전해질 (a), 투명 한 단계 (b), 1 M TEABr/Glyc 전해질 불투명 단계 (c)와 4 %ionogel에서 1 M TEABr/Glyc 전해질으로 4 %ionogel. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

4. 제자리에서 열 Ionogels의 Conductometry 검색

1. TSC 측정에 대 한 샘플을 준비, T_{g s} 온도, 공부 경우에서 94.85 ° C 이상 ionogel를 열. 솔 단계 나타났다 후 precooled 폴 리 프로필 렌 병에 그것을 전송. 때문에 빠른 냉각 솔, 젤 단계가 만들어집니다.
2. 젤으로 그것을 추진 하 여 유리병에 (그것에 유리병의 나사 모자)와 전도도 센서를 삽입 하 고 나사 뚜껑을 강화 테 플 론 테이프와 함께 그것을 확보.
3. TSC 측정 및 기록 전도도, 온도, 및 전도도 대 온도, 온도 대 시간 및 전도성 vs 시간 종속성을 준비 하는 시간을 수행 합니다. (2 배 이상)가 열-냉각 사이클에서 조사 온도 범위 (9.85-99.85 ° C)에서 측정을 반복 합니다.
   참고: 1^세인트 주기 준비 절차에 의해 발생 하는 샘플의 모든 불일치를 제거 하는 기억 하십시오.
4. 어떻게 그것 영향 조사 ionogels의 전도성과 열 속성 찾아보기 다른 냉각 속도 (7 ° C/min, 4 ° C/min, 및 공부 경우에서 1 ° C/min)로 측정을 수행 합니다.
   참고: 양측 검정 대상된 속성으로 ionogels를 도구로 TSC 메서드를 사용 하는 방법을 설명 하는 일련의 비 수성 ionogel gelator 1, 글리세롤, TEABr를 기반으로 실험 수행 되었고이 원고에.

5. 예제 TSC 측정의

1. 유리병에 조사 ionogel를 삽입 하 고 전도도 센서에 밀어.
2. 전극 접촉 향상 ionogel 미세 유리병에 샘플 및 긁힘, 균열로 본 배치에서 유래의 모든 결점을 제거 하 고 젤에 포함 된 기포를 1^세인트 가 열-냉각 사이클을 수행 합니다.
3. 전도도 및 2 동안 시간 함께 온도 측정^nd 및 난방 냉각 하는 3^rd 조사는 ionogel의 성능과 시스템의 재현성을 주기. 2 ° C/min와 7 ° C/분, 냉각 속도 및 겔 화 온도 10 ° c에 난방 속도 설정 그 결과, 투명 한 젤 단계를 가져옵니다.
4. 수행 하는 4^회 와 5^회 가 열-냉각 주기, 난방 및 냉각 속도 2 ° C/min와 겔 화 온도 10 ° c.에 크거나 그 결과, 투명 하 고 불투명 한 젤 단계의 혼합 얻을.
5. 6^번째 및 7^번째 난방 냉각 주기가 열 및 냉각 속도 2 ° C/min와 겔 화 온도 60 ° c.에 동일한 수행 그 결과, 불투명, 흰색 젤 단계를 가져옵니다.
6. 기록 된 데이터 샘플 간의 차이를 위한 1^세인트 파생 상품의 분석을 수행 합니다.
7. 각각의 겔 화 프로세스가 완료 되도록 겔 화 온도에서 20 분에 대 한 샘플을 유지.

결과

유기 이온 젤 폴리머 젤 전해질에 대 한 대안 솔루션을 될 수 있는 기능성 물질의 새로운 클래스를 구성 합니다. 그러나,이 목표를 달성 하기 위해 이러한 젤 해야 깊이 조사 하 고 이해 합니다. 겔 화 공정의 열 가역 성격과 온도 위상으로, 동적으로 변화 속성 필요한 데이터의 기록 및 온도에 미묘한 변화를 감지 하면 새로운 실험 방법 변경 합니다. Conductometry를 검색 하는 열 전도도의 녹음 및 난방 냉각 주기에서 샘플의 온도 온도 선형 변화를 수 있는 유일한 방법입니다. TSC 메서드는 첫 번째이 단계 동안 ionogel 샘플의 속성 변경에 대 한 새로운 정보 전달 겔 화 과정, 측정을 수행할 수 있는.

토론

Conductometry를 검색 하는 열은 새로운 실험 방법 ionogels 저 분자 무게 gelators, 전해질, 또는 이온 액체에 따라 같은 시스템을 동적으로 변화를 조사 하는 데 효율적이 고 효과적인 방법 입증입니다. 그러나, 그것의 적용 ionogels에만 제한 되지 않습니다. TSC 메서드 hydrogels, 유화 액, 크림, 또는 전도성 센서 삽입 수 있는 사업자를 포함 하는 다른 충전 같은 부드러운 문제 시스템의 다른 종류와 쉽게 사용할 수 있습니다. 방법의 한계는 그것의 의존, 전도도 센서, 그것 사용할 수 있는 샘플의 종류만 넘어는 실시 방법의 적용 확대 전도도 셀의 다른 종류와 프로토콜을 사용할 수 있습니다. 물리적 젤입니다. TSC 방법에서가 열 냉각 사이클 지속적인 워크플로, 때문에 하나의 속성에 미치는 영향을 조사 솔루션의 예 초기 점도 기판의 서로 다른 물리적 특성의 영향을 조사할 수 있습니다. 젤 단계의 강성 등 시스템을 만들었습니다. TSC 메서드 상전이 고체 액체 상태로 샘플 같은...

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
SevenCompact S230 전도도계	InLab 710 센서가 장착된	Mettler-Toledo
자체 구축 VTC
LabX, PH 3.2 소프트웨어	데이터 저장에 사용되는	Mettler-Toledo
테트라에틸암모늄 브로마이드	, Sigma-Aldrich	140023
글리세롤	Sigma-Aldrich	G5516
Gronwald, O., Shinkai, S., J. chem. Soc., Perkin Trans. 2 1933-1937 (2001)에 따라 합성된	메틸-4,6-O-(p-니트로벤질리덴)-a-D-글루코피라노스
im]HSO4			synthezeid 교수 Mohammad Ali Zolfigol, Faculty of Chemistry Bu-Ali Sina University Hamedan, I.R.Iran  Bielejewski, M., Ghorbani, M., Zolfigol, M., Tritt-Goc, J., Noura, S., Narimani, M., Oftadeh, M. RSC Adv. 6, 108896-108907 (2016).
폴리프로필렌 바이알	Paradox Company, 크라쿠프, 폴란드	PTC 088	www.insectnet.eu

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