Monitoring van de gevolgen van de verlichting op de structuur van geconjugeerd polymeer Gels met behulp van Neutron Scattering

Het algemene doel van dit experiment is om de structurele evolutie van geconjugeerde polymeren gedurende het geleerproces te kwantificeren als functie van zowel temperatuurverandering als in situ lichtblootstelling. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen over het gedrag van geconjugeerde polymeren. Het biedt inzicht in de belangrijkheid van de aanwezigheid van een exeton op hun structuur en samenstelling.

Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het onopvallende en niet-destructieve analyse van de polymeerlengteschalen mogelijk maakt die relevant zijn voor de vorm van de structuur tijdens het geleerproces van geconjugeerde polymeren. Om de procedure te starten, filter je vijf gram hoogzuiver d4-ODCB door een 0,45 micrometer zeef. Plaats vervolgens 0,34 gram P3HT en 1,66 gram gefilterd d4-ODCB in een glazen vijl van vijf gram met een roerstaaf.

Sluit de vijl af met een met folie beklede dop en verzegel de vijl met plastic paraffinefolie. Wikkel de vijl in aluminiumfolie om licht volledig uit te sluiten. Het is van cruciaal belang om de lichtblootstelling die het monster ontvangt van omgevingsverlichting, zoals fluorescente kamerverlichting, te minimaliseren.

Monsters mogen niet op laboratoriumbanken of in opberggebieden worden achtergelaten zonder voldoende bescherming tegen verlichting. Roer de oplossing gedurende minimaal één tot drie uur op 70 graden Celsius. Als de oplossing nog niet homogeen is, laat je de oplossing dan roeren op 70 graden Celsius.

Zodra de oplossing homogeen is, verwarm je een glazen pipette tot 70 graden Celsius in een oven. Gebruik de verwarmde pipette om de viskeuze oplossing snel over te brengen naar een schone, droge kwarts banjocel met een dikte van één tot twee millimeter. Sluit de banjocel af en verzegel de cel met plastic paraffinefolie.

Wikel de cel in aluminiumfolie of bewaar de cel in een lichtdichte container. Bereid een banjocel voor die alleen gefilterd d4-ODCB bevat en een lege banjocel als achtergrond. Om het experiment te starten, verifieer je dat de instrumentmonsterfase is uitgerust met temperatuurregeling die kan variëren van 70 tot 20 graden Celsius.

Plaats de monster- en achtergrond banjocellen in een geschikte houder en label de houders. Wikkel de houder in 0,1 millimeter dik aluminiumfolie om licht uit te sluiten tijdens het overbrengen van de monsters naar de monsterfase. Wikkel de monsters uit, laad de monsters in de fase en breng aluminiumfolie aan op de monsterfase.

Lijn en kalibreer het SANS-instrument. Stel de detectorafstand dicht bij de maximale instelling. Bepaal op basis van telsnelheden voor het P3HT-monster en de oplosmiddelenleegloop de geschikte verstrooiingstijd voor het experiment.

Configureer de verwarmingsscripts voor het monster om op te lopen van 70 tot 20 graden Celsius, gedurende 15 minuten vast te houden op elk oplooppunt binnen de verstrooiingstijd. Verwarm de monsterfase tot 70 graden Celsius en houd die temperatuur vast gedurende 15 minuten om het monster in evenwicht te brengen. Verzamel SANS-gegevens, transmissiegegevens en een geblokkeerde bonenmeting voor het monster.

Verzamel SANS-gegevens bij kamertemperatuur voor zowel de oplosmiddelenleegloop als de lege cel. Nadat het donkere experiment is voltooid, verwijder je het aluminiumfolie van de monsterfase. Plaats een optische verlichter met een halogeen wit lichtbron zodat de monstersleuf op de lichtverstrooiingsverzamelpositie volledig verlicht is.

Meet en noteer de maximale lichtintensiteit op de monsterspositie. Pas de verlichter indien nodig aan om een intensiteit van minimaal 5.000 lux te bereiken. Breng het monster in evenwicht bij 70 graden Celsius en verzamel monster- en achtergrondgegevens met de exacte procedure die voor het donkere experiment is gebruikt.

Verwerk en analyseer de gegevens om belangrijke structurele parameters te bepalen. De gereduceerde SANS-gegevens werden aangepast aan een lineaire combinatie van fittingvergelijkingen die nanofibrilaggregaten vertegenwoordigen door het elliptische cilindermodel en de vrije ketens in oplossing door het polymeer uitgesloten volumemodel. Er werd waargenomen dat de absolute intensiteit toenam naarmate de temperatuur daalde voor zowel de donkere als de lichtexperimenten.

Het duidelijke verschil tussen de donkere en lichte experimenten voor elke temperatuur geeft aan dat lichtblootstelling de P3HT-aggregatie aanzienlijk beïnvloedde. Individuele structurele parameters werden geëxtraheerd uit de gecombineerde modelaanpassing. Het nanofibriloppervlak was consistent groter voor monsters die in het donker werden onderzocht.

De schaalfactor van het elliptische cilindermodel, die de hoeveelheid P3HT in de aggregaatfase beschrijft, was ook groter voor donkere monsters. De straal van gyratie van de vrije keten was consistent kleiner en de Porod-exponent was hoger voor donkere monsters. Met behulp van ultrakleine hoekige neutronenverstrooiing werd gevonden dat de straal van gyratie van de aggregaten groter was voor donkere monsters bij lagere temperaturen.

In het algemeen geven de gegevens aan dat blootstelling aan licht de P3HT-aggregatie heeft belemmerd. Eenmaal beheerst, zou deze techniek ongeveer drie tot vier uur per monster moeten duren. Terwijl je deze procedure probeert, vergeet dan niet een geschikt fittingmodel te kiezen dat de hele lengte van belang beslaat.

Literatuur, onderzoek en aanpassing door trial and error zullen helpen bij het vinden van het meest robuuste fittingmodel dat met minimale restdiscrepantie past bij uw systeem.