Monitorização dos efeitos de iluminação sobre a estrutura do polímero conjugado géis usando Neutron Scattering

O objetivo geral deste experimento é quantificar a evolução estrutural de polímeros conjugados ao longo do processo de gelificação em função da mudança de temperatura e da exposição à luz in situ. Este método pode ajudar a fornecer respostas a questões-chave no comportamento de polímeros conjugados. Ele fornece informações sobre a importância da presença de um exeton em sua estrutura e montagem.

A principal vantagem desta técnica é que ela permite uma análise discreta e não destrutiva das escalas de comprimento do polímero relevantes para a forma da estrutura durante o processo de gelificação do polímero conjugado. Para iniciar o procedimento, filtre cinco gramas de d4-ODCB de alta pureza através de uma peneira de 0,45 micrômetro. Em seguida, coloque 0,34 gramas de P3HT e 1,66 gramas de d4-ODCB filtrado em um frasco de vidro de cinco gramas contendo uma barra de agitação.

Tampe o frasco com uma tampa forrada com papel alumínio e sele o frasco com filme plástico de parafina. Embrulhe o frasco em papel alumínio para excluir completamente a luz. É fundamental minimizar a exposição à luz que a amostra recebe da iluminação ambiente, como luzes fluorescentes da sala.

As amostras não devem ser deixadas em bancadas ou em áreas de preparação sem proteção suficiente contra iluminação. Agite a solução a 70 graus Celsius por no mínimo uma a três horas. Se a solução ainda não estiver homogênea, deixe-a mexendo a 70 graus Celsius.

Quando a solução estiver homogênea, aqueça uma pipeta de vidro a 70 graus Celsius em um forno. Use a pipeta aquecida para transferir rapidamente a solução viscosa para uma célula de banjo de quartzo limpa, seca e com um a dois milímetros de espessura. Tampe a célula do banjo e sele-a com filme plástico de parafina.

Embrulhe a célula em papel alumínio ou guarde-a em um recipiente leve, exceto o recipiente. Prepare uma célula de banjo contendo apenas d4-ODCB filtrado e uma célula de banjo vazia como plano de fundo. Para iniciar o experimento, verifique se o estágio de amostra do instrumento está equipado com controles de temperatura capazes de variar de 70 a 20 graus Celsius.

Coloque a amostra e as células de fundo do banjo em um bloco de suporte de tamanho apropriado e etiquete os suportes. Enrole o bloco em papel alumínio de 0,1 milímetro de espessura para excluir a luz enquanto transfere as amostras para o estágio de amostra. Desembrulhe as amostras, carregue-as no estágio e aplique papel alumínio no estágio de amostra.

Alinhe e calibre o instrumento SANS. Defina a distância do detector perto de sua configuração máxima. Com base nas taxas de contagem para a amostra P3HT e o branco do solvente, determine o tempo de dispersão apropriado para o experimento.

Configure os scripts de aquecimento de amostra para aumentar de 70 a 20 graus Celsius, mantendo por 15 minutos em cada ponto de rampa dentro do tempo de dispersão. Aqueça o estágio de amostra a 70 graus Celsius e mantenha essa temperatura por 15 minutos para equilibrar a amostra. Adquira dados SANS, dados de transmissão e uma medição de bean bloqueado para a amostra.

Adquira dados SANS à temperatura ambiente para o solvente em branco e a célula vazia. Ao concluir o experimento escuro, remova a folha de alumínio do estágio de amostra. Posicione um iluminador óptico com uma fonte de luz branca halógena de modo que o sample slot na posição de coleta de dispersão fique totalmente iluminado.

Meça e registre a intensidade máxima da luz na posição da amostra. Ajuste o iluminador, se necessário, para atingir uma intensidade de pelo menos 5.000 lux. Equilibre a amostra a 70 graus Celsius e colete dados de amostra e de fundo com o procedimento exato usado para o experimento escuro.

Processe e analise os dados para determinar os principais parâmetros estruturais. Os dados reduzidos do SANS foram ajustados a uma combinação linear de equações de ajuste representando agregados de nanofibrilas através do modelo de cilindro elíptico e as cadeias livres em solução através do modelo de volume excluído do polímero. Observou-se que a intensidade absoluta aumentou à medida que a temperatura diminuiu para os experimentos escuros e claros.

A diferença distinta entre os experimentos de escuro e claro para cada temperatura indica que a exposição à luz afetou significativamente a agregação de P3HT. Os parâmetros estruturais individuais foram extraídos do ajuste do modelo combinado. A área de superfície da nanofibrila foi consistentemente maior para amostras estudadas no escuro.

O fator de escala do modelo de cilindro elíptico, que descreve a quantidade de P3HT na fase agregada, também foi maior para amostras escuras. O raio de giro da cadeia livre foi consistentemente menor e o expoente de Porod foi maior para amostras escuras. Usando espalhamento de nêutrons angulares ultrapequenos, o raio de giro agregado foi maior para amostras escuras em temperaturas mais baixas.

No geral, os dados indicam que a exposição à luz dificultou a agregação de P3HT. Uma vez dominada, essa técnica deve levar cerca de três a quatro horas para cada amostra. Ao tentar este procedimento, lembre-se de escolher um modelo de ajuste apropriado que abranja toda a escala de comprimento de interesse.

A literatura, a pesquisa e a personalização de tentativa e erro ajudarão a encontrar o modelo de encaixe mais robusto que se adapte ao seu sistema com discrepância residual mínima.