Методическая статья

Использование нейтронного спина Эхо Решенные выпаса заболеваемости рассеяния для расследования органических материалов солнечных батарей

DOI:

10.3791/51129

⸱

15 января 2014 г.

 ,  ,  ,  , 
1Department of Physics and Astronomy, University of Sheffield, 2Department of Chemical and Biological Engineering, The University of Sheffield, 3ISIS Pulsed Neutron and Muon Source Science and Technology Facilities Council, Rutherford Appleton Laboratory

В этой статье

Краткое содержание

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Прогресс был достигнут в использовании спина эхо решен рассеяния заболеваемости выпаса (SERGIS) в качестве метода рассеяния нейтронов для зондирования длины масштаба в нерегулярных образцов. Кристаллиты метилового эстера «6,6»-фенил-C61-бутириковой кислоты были исследованы с использованием метода SERGIS и результатов, подтвержденных оптической и атомной микроскопией силы.

Аннотация

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Спин эхо решен выпаса заболеваемости рассеяния (SERGIS) техника была использована для зондирования длины масштабах, связанных с неправильной формы кристаллита. Нейтроны проходят через две четко определенные области магнитного поля; один до и один после образца. Две области магнитного поля имеют противоположную полярность и настроены таким образом, что нейтроны, путешествующие через обе области, не будучи возмущенными, будут подвергаться одинаковому количеству прецессий в противоположных направлениях. В этом случае нейтронная прецессия во второй руке, как говорят, «эхо» первой, и оригинальная поляризация луча сохраняется. Если нейтрон взаимодействует с образцом и эластично рассеивается, путь через вторую руку не такой же, как первый, и первоначальная поляризация не восстанавливается. Деполяризация нейтронного луча является высокочувствительным зондом под очень маленькими углами (<50 градусов), но по-прежнему позволяет использовать высокоинтенсивный, расходящийся луч. Уменьшение поляризации луча, отраженного от выборки, по сравнению с выборкой может быть непосредственно связано со структурой в выборке.

По сравнению с рассеянием, наблюдаемым в измерениях нейтронного отражения, сигналы SERGIS часто слабы и вряд ли будут наблюдаться, если внутри плоскостные структуры в пределах наблюдаемого образца разбавляются, неупорядочиваются, малы по размеру и полидисперсу или контраст рассеяния нейтронов низок. Таким образом, хорошие результаты, скорее всего, будут получены с помощью метода SERGIS, если измеренный образец состоит из тонких пленок на плоском субстрате и содержит функции рассеяния, которые содержат высокую плотность объектов умеренного размера (от 30 нм до 5 мкм), которые сильно рассеивают нейтроны или объекты расположены на решетке. Преимуществом метода SERGIS является то, что он может зондировать структуры в плоскости образца.

Введение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Метод SERGIS стремится получить уникальную структурную информацию, недоступная с использованием других методов рассеяния или микроскопии из образцов тонкой пленки. Методы микроскопии, как правило, ограничены поверхностью или требуют значительных изменений/подготовки образца для просмотра внутренних структур. Обычные методы рассеяния, такие как отражаемость может предоставить подробную информацию о похоронен образцов структуры в качестве функции глубины в тонкой пленке, но не может зонд структуры в плоскости тонкой пленки легко. В конечном счете есть надежда, что SERGIS позволит исследовать эту боковое сооружение даже при зарыти в образец тонкой пленки. Представленные ....

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Протокол

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Подготовка образцов

  1. Очистите кремниевые субстраты, поместив 2 в кремниевые пластины толщиной 4 мм в кислородной плазме в течение 10 мин.
  2. Спинкоув первого слоя на субстратах
    1. Фильтр поли (3,4-этилендиоксиофен): поли (стиренесульфонат) (PEDOT:PSS) через фильтр PTFE 0,45 мкм (PALL).
    2. Используйте приблизительно 0,5 мл для каждого образца, чтобы вращаться пальто PEDOT: PSS тонкая пленка на два чистых субстрата при 5000 об / мин спиннинг в течение 60 сек.
    3. Высушите каждый субстрат в течение 10 минут в духовке при температуре 70 градусов по Цельсию.
  3. Подготовка раствора смеси для второго слоя
    1. Рас....

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Результаты

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Представленные здесь репрезентативные результаты из образцов «6,6»-фенил-C61-бутириновой кислоты метиловый эстер (PCBM) и поли (3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) представляют значительный интерес из-за их широкого применения в качестве навалочных гетеро-соединенийв органических фотоэлектрических клетках 12,13. Обычно во время изготовления органического фотоэлектрического устройства, P3HT:PCBM смесь решение спин-литые из смеси раствор для формирования тонкой пленки на поли (3,4-этилендиоксиофен):p oly (styrenes.......

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Обсуждение

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Данные микроскопии на рисунке 1 ясно показывают, что перед annealing P3HT:PCBM тонкая пленка плоская и гладкая и после теплового annealing Есть много больших нерегулярных кристалллитов PCBM присутствует на поверхности с боковой размеры, начиная от около 1-10 мкм. Это объясняется миграцией PCBM к верхней поверхности пленки и последующей агрегацией для формирования больших кристаллитов. Сильный сигнал SERGIS, связанный с рассеянием кристалллитов PCBM в анноленом образце, виден на рисунке 4.

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Раскрытие информации

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Автор Роберт Dalgliesh является сотрудником ISIS Импульсный нейтрон и Muon Источник, который размещает инструмент, используемый в этом эксперименте.

Благодарности

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

AJP финансировался грантом платформы EPSRC Soft Nanotechnology EP/E046215/1. Нейтронные эксперименты были поддержаны STFC путем выделения экспериментального времени для использования OffSpec (RB 1110285).

....

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Кремний 2 в кремниевых подложкахПрологтолщиной 4 мм отполированный с одной стороны
Кислородная плазмаDienerСистема кислородной плазменной очистки для очистки подложек перед нанесением покрытия
Поли(3,4-этилендиокситиофен): поли(стиролсульфонат)OssilaPEDOT:PSS проводящий полимерный слой для органических фотоэлектрических образцов
0,45 мкм; m PTFE фильтрSigma AldrichFiler для удаления заполнителей из растворов PEDOT:PSS и P3HT
ХлорбензолSigma AldrichSolvent for P3HT
Poly(3-гексилтиофен-2,5-диил)OssilaP3HT - полимер, используемый в полимерной фотовольтаике
Spin CoaterLaurellDeposition system для изготовления плоских тонких полимерных пленок
Vacuum OvenСвязующаяпечь для отжига образцов после подготовки
Nikon Eclipse E600 оптический микроскопNikonMicroscope
Veeco Dimension 3100 AFMVeecoAFM
Tapping mode tips (~275 кГц)OlympusAFM наконечники
Quartz DiscRefrence образцы для измерения SERGIS
Spin Echo off-specular рефлектометрOffSpec на источнике импульсных нейтронов и мюонов ISIS (Оксфордшир, Великобритания)Производит импульсные нейтроны 2-14 & Aring;
Нейтронный детекторOffspecвертикально ориентированный линейный сцинтилляторный детектор
RF спиновые флипперыOffspec
Магнитные полевые направляющиеOffspec
программное обеспечение для манипулирования даннымиMantidhttp://www.mantidproject.org/Main_Page

Ссылки

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Mezei, F. Neutron spin echo: A new concept in polarized thermal neutron techniques. Zeitschriftfür Physik A Hadrons Nuclei. 255, 146-160 (1972).
  2. Falus, P., Vorobiev, A., Krist, T. Test of a two-dimensional neutron spin analyzer. Ph....

Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.

Перепечатки и разрешения

Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE

Запросить разрешение

Теги

SERGIS

Похожие статьи