Мониторинг эффекты освещения на структуре конъюгированные полимер гели с помощью нейтронного рассеяния

Общая цель этого эксперимента состоит в том, чтобы количественно оценить структурную эволюцию сопряженных полимеров на протяжении всего процесса гелеобразования в зависимости как от изменения температуры, так и от воздействия света in situ. Этот метод может помочь дать ответы на ключевые вопросы о поведении сопряженных полимеров. Это дает представление о важности наличия экзетона на их структуре и сборке.

Основное преимущество этого метода заключается в том, что он позволяет незаметно и неразрушающе анализировать масштабы длины полимера, относящиеся к форме структуры, в процессе сопряженного гелеобразования полимера. Чтобы начать процедуру, отфильтруйте пять граммов d4-ODCB высокой чистоты через сито 0,45 микрометра. Затем поместите 0,34 грамма P3HT и 1,66 грамма отфильтрованного d4-ODCB в пятиграммовый стеклянный флакон, содержащий полосу для перемешивания.

Закройте флакон крышкой, обтянутой фольгой, и запечатайте флакон пластиковой парафиновой пленкой. Оберните флакон алюминиевой фольгой, чтобы полностью исключить попадание света. Крайне важно свести к минимуму воздействие света, которое образец получает от окружающего освещения, например, флуоресцентного освещения в помещении.

Образцы не следует оставлять на столешницах или в промежуточных зонах без достаточного экранирования от освещения. Перемешивайте раствор при температуре 70 градусов Цельсия в течение как минимум одного-трех часов. Если раствор еще не однородный, оставьте раствор помешивать при температуре 70 градусов Цельсия.

Как только раствор станет однородным, нагрейте стеклянную пипетку до 70 градусов Цельсия в духовке. Используйте нагретую пипетку, чтобы быстро перенести вязкий раствор в чистый, сухой кварцевый элемент банджо толщиной от одного до двух миллиметров. Закройте ячейку банджо крышкой и запечатайте ячейку пластиковой парафиновой пленкой.

Оберните ячейку алюминиевой фольгой или храните ячейку в легком контейнере. Подготовьте ячейку банджо, содержащую только отфильтрованный d4-ODCB и пустую ячейку банджо в качестве фона. Чтобы начать эксперимент, убедитесь, что предметный столик прибора оснащен регуляторами температуры, способными колебаться от 70 до 20 градусов Цельсия.

Поместите образец и фоновые ячейки банджо в подходящий по размеру блок для хранения и пометьте держатели. Оберните блок алюминиевой фольгой толщиной 0,1 миллиметра, чтобы исключить попадание света во время передачи образцов на стадию для образцов. Разверните образцы, загрузите образцы в столик и нанесите алюминиевую фольгу на предметный стол.

Выровняйте и откалибруйте прибор SANS. Установите расстояние до датчика, близкое к максимальному значению. Основываясь на скорости подсчета для образца P3HT и заготовки растворителя, определите подходящее время рассеяния для эксперимента.

Настройте сценарии нагрева образца на нарастание от 70 до 20 градусов Цельсия, удерживая в течение 15 минут в каждой точке нарастания в течение времени рассеяния. Нагрейте предметный столик до 70 градусов Цельсия и удерживайте эту температуру в течение 15 минут, чтобы сбалансировать образец. Получение данных SANS, данных передачи и измерения заблокированных зерен для образца.

Получение данных SANS при комнатной температуре как для заготовки растворителя, так и для пустой ячейки. По завершении темнового эксперимента снимите алюминиевую фольгу со стадии образца. Расположите оптический осветитель с галогенным источником белого света так, чтобы щель образца в месте сбора рассеяния была полностью освещена.

Измерьте и запишите максимальную интенсивность света в месте расположения образца. При необходимости отрегулируйте осветитель так, чтобы достичь интенсивности не менее 5 000 люкс. Уравновесьте образец при температуре 70 градусов Цельсия и соберите образцы и фоновые данные с помощью точной процедуры, используемой для темнового эксперимента.

Обрабатывайте и анализируйте данные для определения ключевых структурных параметров. Приведенные данные SANS были подогнаны к линейной комбинации уравнений аппроксимации, представляющих агрегаты нанофибрилл через модель эллиптического цилиндра и свободные цепи в растворе через модель объема, исключенного из полимера. Было замечено, что абсолютная интенсивность увеличивается по мере снижения температуры как в темных, так и в светлых экспериментах.

Явная разница между темновыми и светлыми экспериментами для каждой температуры указывает на то, что воздействие света значительно повлияло на агрегацию P3HT. Отдельные структурные параметры были извлечены из комбинированной подгонки модели. Площадь поверхности нанофибрилла была последовательно больше для образцов, изучаемых в темноте.

Масштабный коэффициент модели эллиптического цилиндра, который описывает количество P3HT в агрегированной фазе, также был больше для темных образцов. Радиус вращения свободной цепи был последовательно меньше, а показатель Порода был выше для темных образцов. Используя рассеяние нейтронов под ультрамалым углом, было обнаружено, что совокупный радиус вращения больше для темных образцов при более низких температурах.

В целом, данные указывают на то, что воздействие света препятствовало агрегации P3HT. После освоения этой техники на каждый образец должно уйти около трех-четырех часов. Выполняя эту процедуру, не забудьте выбрать подходящую модель подгонки, которая охватывает весь интересующий нас масштаб длины.

Литература, исследования и метод проб и ошибок помогут найти наиболее надежную модель фитинга, которая подходит для вашей системы с минимальным остаточным расхождением.