Eğitim ve iletken fiziksel aşama davranışını denetlemek için bir genel yöntem jelleri gibi Conductometry (TSK) tarama termal

Termal olarak geri alınabilir Ionogels
Fiziksel jelleşme çözücü molekülleri huzurunda kendi kendine monte gelator moleküllerin yapıları inşaatı sağlayan bir süreçtir. Bu olay için sorumlu etkileşimlerin kovalent olmayan yapısı nedeniyle (örneğin hidrojen bağı, van der Waals etkileşimleri, dispersiyon Kuvvetleri, elektrostatik kuvvetler, π π istifleme, vb), bu sistemleri termal olarak geri döndürülebilir. Bu termal reversibility, gelator ve çeşitli oluşturulabilir, sistemleri çok düşük konsantrasyon ile birlikte bazı kimyasal olanlar üzerinden fiziksel jelleri ana avantajları vardır. Fiziksel jel devlet benzersiz özellikleri sayesinde, ionogels kolay geri dönüşüm, uzun döngüsü hayat, geliştirilmiş fiziksel özellikleri (örneğin iyonik iletkenlik), üretim, kolaylığı ve düşürülmesi gibi istenen özellikler ile karakterize edilmektedir üretim maliyetleri. (Ki zaten farklı uygulamalar^1,2,3,4geniş bir yelpazesi var) fiziksel jelleri yukarıdaki avantajları dikkate alarak, bunlar için alternatif bir yol olarak kullanılmak üzere düşünüldü elektrolit katılaşma ve ionogels^5,6,7,8/ elde etmek. Ancak, klasik conductometry hassas ve dinamik olarak değişen gibi sistemleri takip etmek doğru değildi. Bu nedenle, bu faz geçişleri algılayamadı ve jel matris⁹iyonu dinamikleri gelişmiş. Bu duyarsızlık sebebi zaman ölçüm başlamadan sırasında örnek özelliklerinin dinamik değişiklikleri devam etmekte olan sıcaklık istikrar için gerekli oldu. Ayrıca, ölçülen sıcaklıklar sayısı önemli ölçüde deneysel süresini uzatmak değil için sıraya göre pekte başarılı olamadı. Bu nedenle, tam ve doğru bir şekilde ionogels karakterize etmek için yeni bir yöntem, hangi özelliklerinin dinamik değişiklikleri sıcaklık bir fonksiyonu olarak izleyin ve verileri sürekli olarak gerçek zamanlı olarak kayıt mümkün olacaktır ihtiyaç vardı. Jelleşme süreci şekilde oluşturulan ionogel özelliklerini belirler. Cins kovalent olmayan etkileşimleri soğutma aşamasında tanımlanır; jelleşme sıcaklık değiştirme ve oranları soğutma, bir kuvvetle bu etkileşimlerin etkisi altına alabiliyor. Bu nedenle, sistem jelleşme gerçekleştiğinde soğutma sırasında ölçmek son derece önemli. Klasik yaklaşımla Bu sıcaklığı sabitleme zaman ölçümü ve başarılı jelleşme için gerekli hızlı soğutma oranları nedeniyle mümkün değildi. Ancak, conductometry yöntemi tarama termal ile bu görevi çok basit, doğru ve tekrarlanabilir sonuçlar sunar ve termal değişikliklerin örnek örnek özellikleri ^{üzerinde uygulanan farklı Kinetik etkisinin incelenmesi sağlar 10}. sonuç olarak, hedeflenen özelliklere sahip ionogels okudu olabilir ve aynı zamanda üretilen.

Termal tarama Conductometry (TSK)
Conductometry tarama termal bir tekrarlanabilir, doğru ve hızlı yanıt veren deneysel yöntemi dinamik olarak değişen iletkenlik ölçüm için teslim gerekiyordu ve düşük moleküler ağırlıklı ionogels gibi termal tersinir sistemleri dayalı gelators. Ancak, bu da elektrolitler, iyonik sıvılar ve ölçüm hücresine yerleştirildi ve iletkenlik ölçüm sensör menzili içinde diğer iletken örnek ile kullanılabilir. Ayrıca, araştırma uygulama yanı sıra yöntem başarıyla Mikroyapı, optik görünüm veya termal kararlılık gibi hedeflenen özelliklere sahip ionogels üretmesi ve doğru ve kolay bir şekilde geçiş sıcaklığı aşama için kullanıldı. Kinetik ve termal TSC yöntem kullanımı ile tedavi geçmiş bağlı olarak, biz bazı temel özellikleri, fiziksel jel sistemleri üzerinde tam denetime sahip. Ayrıca odası donatmak örnek durumu incelemek ve özellikle jelleşme ve fesih işlemleri sırasında örnek değişiklikleri kaydetmek için bir video kamera. Sistem Standart bir conductometer bir programlanabilir sıcaklık denetleyicisi, Isıtma/soğutma orta, buzdolabı, ölçüm odası ve bir PC için gaz azot yolun inşa edilebilir gibi bir avantajı TSC yöntemi sadeliği. Hangi çoğu laboratuvarlarda bulunabilir.

TSC deneysel Site
Conductometry deneysel Kur tarama termal hemen hemen her laboratuvar nispeten düşük maliyetlerle inşa edilebilir. Buna karşılık, bir sıvı ve semisolid iletken örnekleri, farklı dış koşullar ölçmek için bir doğru tekrarlanabilir ve hızlı yöntemi alır. Bizim laboratuvar olarak inşa edilmiş TSC deneysel kurulumunun detaylı bir düzen verilir şekil 1.

Resim 1: blok şeması ölçüm site. Termal tarama conductometry yöntemi için deneysel Kur çalışma hakkında oluşan bileşenleri. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Sıcaklık değiştirmek için bir ev yapımı sıcaklık denetleyicisi kullanılmıştır ancak herhangi bir tür sıcaklık doğrusal olarak tanımlanmış değişim oranı ile değiştirebilirsiniz, programlanabilir sıcaklık denetleyicisi kullanılabilir. Termal yalıtım için özel bir oda inşa edilmiştir. Bir izolasyon odası kullanım amacını sıcaklık yatay gradyan örnek en aza indirmek ve hızlı soğutma oranları sağlamak için var. Odası cam silindir bir 40 mm iç çap ve 300 mm Uzunluk ile oluşur. Gaz azot alıcılar ile ısıtıcı yerleştirildiği, alt tarafında, giriş sonuna eşit olarak sıcak veya soğuk gaz yaymak için bir difüzör ile donatılmıştır. Bu aynı zamanda PT100 sıcaklık sensörünün değişken sıcaklık denetleyicisi (VTC) olduğu yerdir. Örnek sıcaklığını iletkenlik sensör bulunan sıcaklık sensörü tarafından bağımsız olarak kaydedilir. Ayrıca, odası donatmak örnek durumu incelemek ve özellikle jelleşme ve fesih işlemleri sırasında örnek değişiklikleri kaydetmek için bir video kamera. Buharlaşma sıvı azot içinde 250 M yüksek basınçlı tank elde edilen gaz azot Isıtma ve soğutma aracı olarak kullanılır. Azot doğrultusunda çalışma basıncı 6 bar için ayarlanır ve ölçüm alanında 2 bar azalır. Böyle ayarlar akış oranları arasında 4 ve 28 L/10 ° C/dak bir soğutma hızı sağlayan min herhangi bir rahatsızlık olmadan elde sağlar. Azot gazı ilk sıcaklığını düşürmek için dış buzdolabı kullanılmıştır ve düşük sıcaklık 10 ° c olduğunu Bu oda sıcaklığından başlayan sıcaklık değişimin iyi doğrusallık elde sağlar. Hızlı soğutma sırasında azot gazı sıcaklığı yüksek soğutma oranları yardımcı olmak için-15 ° C ile azalır. Bu bile buzdolabı nedeniyle düşük sıcaklıklar buzlanma önlemek için hava, Kuru ve gaz azot kullanmak gereklidir.

Örnekleri 9 mm iç çapı bir şişe ve 58 mm uzunluğu, polipropilen yapılmış ve sıkı kapanış için kauçuk halka sahip bir vidalı kapak ile donatılmıştır. Şişeleri-ebilmek var olmak kullanılmış ilâ 120 ° C. (bkz: Şekil 2).

Resim 2: polipropilen flakon ve iletkenlik sensör üzerinde onun montaj resmi. (1 polipropilen şişe, kauçuk halka ile (2 vidalı kapak, 2a - vidalı kapak iletkenlik sensör, (3 şişe ile bağlı iletkenlik duyumsal, Teflon bant ile güvenli vidalı kapak üzerinde monte edilmiş. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

1. TSC ölçüm için deneysel Site hazırlanması

1. TSC yöntemi tam özelliklerini ölçmek için dört elektrot hücre (hücre-ebilmek var olmak kullanılmış için düşük iletkenlikleri alternatif olarak, iki elektrot) ve sıcaklık sensörü ile donatılmış piyasada bulunan conductometer kullanın. PC'ye bağlayın ve iletkenlik ve sıcaklık örnek kayıt (%4 wt % 1 M molar konsantrasyon tetraethylammonium bromür - gliserol TEABr - in methyl-4,6-O-(p-nitrobenzylidene)-α-D-glucopyranoside çalışılmış durumda kullanılan Glyc bkz. paragraf 3 iyonik jel numune hazırlama için) ile birlikte bilgisayar zaman.
2. Otomatik çıktıları için conductometer birlikte üreticisi tarafından sağlanan yazılımı kullanın ve her 1 için aralığı okuma ile sürekli ölçüm modunu ayarlayın s.
3. Azot hattı (yüksek basınçlı azot tank sıvı azot ile ve gaz halinde olan yakıtlar azot azot sıraya almak için buharlaştırma başlamak doldurma) hazırlamak ve basınç ayarlı 2 bar ve gerekli akış için azot gazı ilk sıcaklığını azaltmak bir buzdolabı yardımıyla.
4. Sıkıca şişeyi vidalı kapak iletken sensörüne mount ve teflon bant (uçucu örnekleri ile çok önemli) bir parça ile güvenli (bkz. Şekil 2).

2. elektrolit çözüm hazırlanması

1. Bir çözücü ve tetraethylammonium bromür (TEABr) olarak kullanılan gliserol, uygun bir miktarda karıştırılarak elektrolitleri hazırla (kullanım ölçek bileşikler gerekli miktarda tartmak için buna göre konsantrasyon için gerekli soruşturma için), bir çözünen kullanılan bir cam şişe sıkıca kapalı ve 100 ° c 15 dakika ısıtılır.
2. Ardından, 1 min ve tekrar tüm çözünen emin olmak 5 min için 100 ° C'de feshedilmiştir ısı karışımı ilave edin ve karışımı homojen.
3. Bunlar kullanın elektrolit çözümleri ölçüleri ve daha sonra ionogels hazırlanması için hazırlanmış.

3. düşük moleküler ağırlıklı iyonik jelleri hazırlanması

1. 4 mL 1 M TEABr/Glyc elektrolit çözeltisi % 4 elde etmek için düşük moleküler ağırlıklı gelator 178.6 mg ekleyerek ionogels elektrolit Çözümleri (bakınız Bölüm 2) hazırlamak wt % iyonik jel örneği.
   Not: Başka bir yerde kullanılan gelator kimyasal sentez tanımlanmıştır¹¹.
2. Gelator çözülmeye, elektrolit solüsyonu ile cam şişe ekleyin ve dağılmasına yardımcı olmak için ek karıştırma ile 20 dk için 130 ° C'de ısı.
3. Tamamen gelator eriterek sonra örnek homojen olduğundan emin olmak ek bir 5 min için karışım ısı.
4. Daha sonra hızlı bir şekilde 10 ° C'de fiziksel jelleşme emin olmak için bir kuru soğutma bloğu içindeki örnek sakin. İşlemden sonra bir homojen, şeffaf veya opak jel faz (şekil 3) alınmalıdır.
   Not: ilk jelleşme gerçekleştirdikten sonra örnek sol faz yüksek sıcaklıklarda açarken sıvı hale gelir ama oda sıcaklığına döndükten sonra tekrar jel aşamaya sonradan. Jel-sol faz geçiş için gerekli sıcaklık, kristal gelator dağılması için gerekli sıcaklık daha düşüktür. Soğutma Sahne Alanı'nın Kinetik değiştirerek, bir elde edilen ionogel, Mikroyapı, optik görünüm veya jel-sol faz geçiş sıcaklık (T_gs) gibi fiziksel özellikleri etkileyebilir.

Şekil 3 : İncelenen fiziksel görünümünü örnek. 1M TEABr/Glyc elektrolit (bir), %4 ionogel 1 M TEABr/Glyc elektrolit şeffaf aşamasında (b), %4 ionogel 1 M TEABr/Glyc elektrolit opak aşamasında (c) ile birlikte. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

4. in Situ termal Ionogels Conductometry tarama

1. Örnek TSC ölçüm için hazırlamak için ionogel T_gs sıcaklığı, çalışılmış durumda 94.85 ° C üzerinde ısı. Görünüşe göre sol aşamaya sonra precooled polipropilen şişeyi aktarın. Hızlı sol aşağı soğutma nedeniyle, jel faz oluşturulur.
2. İletkenlik sensör (şişe üzerine vida kapaklı) jel iterek şişeyi yerleştirin, vidalı kapak sıkın ve Teflon bant ile güvenli.
3. TSC iletkenlik ölçüm ve kayıt, sıcaklık ve iletkenlik vs sıcaklık, sıcaklık vs zaman ve iletkenlik vs zaman bağımlılıkları hazırlamak için zaman gerçekleştirin. İncelenen Sıcaklık aralığı (9,85-99.85 ° C) ölçümü (en az 2 kez) Isıtma soğutma döngülerle yineleyin.
   Not: 1^st döngüsü hazırlık süreci tarafından neden örnek tüm farklılıklar ortadan kaldırmak için kullanılan hatırlıyorum.
4. Nasıl incelenen ionogels iletken ve termal özelliklerini etkiler keşfetmek için ölçümleri ile farklı soğutma oranları (7 ° C/dak, 4 ° C/dak ve 1 ° C/dak çalışılmış durumda) gerçekleştirin.
   Not: nasıl TSC yöntemi bir araç olarak hedeflenen özelliklere sahip ionogels elde etmek için kullanılabileceğini göstermek için bir dizi deney ile sulu olmayan ionogel gelator 1, gliserol ve TEABr dayalı ve bu el yazması sunuldu.

5. TSC ölçüm örneği

1. İncelenen ionogel şişeyi yerleştirin ve iletkenlik sensör itin.
2. Elektrot iletişim geliştirmek ve şişe içinde örnek ve çizik, çatlak, olarak görüldü yerleştirme sonucu ionogel Mikroyapı tüm kusurları kaldırmak ve jel dahil kabarcıklar Hava 1^st Isıtma-soğutma döngü gerçekleştirmek.
3. İletkenlik ve sıcaklık ile birlikte 2 dönemde ölçmek^nd ve 3^rd Isıtma-soğutma döngüsü ionogel performansını ve tekrarlanabilirlik sisteminin araştırmak için. 2 ° C/dak ve 7 ° C/dk soğutma hızı ve jelleşme sıcaklık 10 ° c Isıtma oranını ayarlamak Sonuç olarak, şeffaf jel faz elde edilir.
4. 4 gerçekleştirmek^inci ve 5^inci Isıtma-soğutma döngüsü, Isıtma ve soğutma oranları eşit 2 ° C/dak ve jelleşme sıcaklığı 10 ° C'ye eşit Sonuç olarak, şeffaf ve opak jel aşamadan oluşan bir karışım elde etmek.
5. ^Th 6 ve 7^inci Isıtma ve soğutma Isıtma-soğutma döngüsü eşit 2 ° C/dak ve bir jelleşme sıcaklık 60 ° C'ye eşit oranları gerçekleştirmek Sonuç olarak, bir opak, beyaz jel faz elde edilir.
6. 1^st türevleri için örnekleri arasındaki farkları görmek kaydedilen veri çözümlemesi gerçekleştirin.
7. Örnek 20 dk için her jelleşme işleminin tamamlanmasını sağlamak için jelleşme sıcaklıklar de tutun.

Organik iyonik jelleri polimer jel elektrolit için alternatif bir çözüm olabilir fonksiyonel malzemelerin yeni bir sınıf oluşturur. Ancak, bu amaca ulaşmak için bu jellerin derinden araştırılmalı ve anlaşılır zorunda. Jelleşme sürecinin termal tersinir karakter ve sıcaklık ve faz örneği, dinamik olarak değişen özellikler veri kaydı ve sıcaklık ince değişiklikleri tespiti sağlayacak yeni bir deneysel yöntem gerekli değiştirin. Conductometry tarama termal iletkenlik kaydı ve Isıtma-soğutma çevrimleri örnekte sıcaklık ve sıcaklık doğrusal değişiklik sağlayan tek yöntemdir. İlk TSC yöntemdir ölçümler sırasında bu sahne ionogel örnek özelliklerini değiştirme hakkında yeni detaylar teslim jelleşme işlemi sırasında gerçekleştirme yeteneğine sahip.

Şekil 4 : [Sohbet] HSO ölçülen TSC Isıtma-soğutma döngüsü 4 iyonik sıvı. [Sohbet] HSO4 iyonik sıvı Bielejewski ve arkgöre sentez için ölçülen TSC Isıtma-soğutma döngüsü. 12 kırmızı noktaları kötü elektrot kişi etkileri meydana gelen çatlaklar ve hava kabarcıkları elektrotlar [im] HSO4ionogel aşamasında çeker sonra etkisini gösterir. Turuncu noktaları nasıl kötü teması TSC yöntemiyle örnek işleyerek kaldırıldı gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 4 tipik sıcaklık bağımlılığı TSC yöntemi tarafından kaydedilen iletkenlik gösterir. İlk Isıtma-soğutma döngüsü nasıl üretim sürecinde oluşturulan elektrotlar ile kusurları örnek mikroyapı ve kötü elektrik iletişim gösterir, genellikle elektrolit performansını azaltır. Bu olumsuz etkinin jel elektrolit polimer durumunda büyük bir sorun teşkil etmektedir. Ancak, organik iyonik jelleri söz konusu olduğunda, bu sorun kolayca cihazda ikinci bir Isıtma-soğutma döngüsü gerçekleştirerek çözülebilir. Sıcaklık bağımlılığı iletkenlik ikinci Isıtma gösterir sırasında temas elektrotlar ile geliştirilmiş gösterir iletkenlik artış kaydetti. Ayrıca, TSC eğrisi analiz ederek, bir ince bazı anomaliler algılayabilir. Bu anomalileri faz geçişleri jel için Isıtma sahne aşamasında sol ve sol jel aşamasında soğutma sahne yanı sıra diğer türleri iyon hareketlilik etkileyen faz geçişleri için kökenlerine var. İlk türev işlevindeki ısı iletkenlik analizi anomaliler net bir resim sağlar.

Şekil 5 : % 4 ionogel 1 M TEABr/Glyc elektrolit ile yapılan sıcaklık bağımlılığının. %4 ionogel 1 M TEABr/Glyc elektrolit ile şeffaf jel aşamasında (bir) yapılan sıcaklık bağımlılığı. σ 1st türeviDC şeffaf jel faz (b) ionogel için kaydedildi. Tek anomali varlığı sonuçlarını bir sol faz şeffaf jel faz faz geçiş görülmektedir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 6 : %4 ionogel 1 M TEABr/Glyc elektrolit adlı iki jel aşamaları karışımı ile yapılan sıcaklık bağımlılığının. İki jel aşamaları şeffaf ve opak olan, (bir) karışımı, 1 M TEABr/Glyc elektrolit ile %4 ionogel sıcaklık bağımlılık yaptı. σ 1st türeviDC ionogel, (b) için kaydedildi. İki anomaliler gözlenen sonuçları iki faz geçiş örnek mevcut. Anomali daha düşük sıcaklıkta sırasıyla sol ve sol faz için opak jel faz bir faz geçiş daha yüksek sıcaklık sonuçlarından, anomali şeffaf jel aşamasından bir faz geçiş kaynaklanır. Her iki jel aşamada (şeffaf ve opak) jel örneğinde, örnek soğutma sırasında kullanılan orta sıcaklık değişim oranları (4 ° C/dak) sonucunda oluşturulmuştur. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Şekil 7 : %4 ionogel 1 M TEABr/Glyc elektrolit ile yapılan sıcaklık bağımlılığının. Opak jel faz (bir) σDC st türevi (b) tek anomali burada görülmektedir ionogel için kaydedilen 1 opak jel faz sol faz için bir faz geçiş sonuçlarını varlığı. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Bir dizi ile birlikte ilk türev TSC eğri, ama aynı ionogel örnek için kaydedilen farklı elde edilen rakamlar 5-7 Haritayı soğutma aşamalarında gerçekleştirilen. Sonuçlar nasıl soğutma aşamasında elde edilen örnek özelliklerini etkiler gösterir. Ayrıca, bu veriler TSC yöntemi ne kadar hassas olduğunu göstermektedir. Şekil 5 şeffaf örnek, şekil 6 için şeffaf ve opak örnek karışımı ve Şekil 7 beyaz, opak örnek için kaydedilen TSC eğrisi gösteriyor. Kaydedilen TSC verilerin analizi gerçekleştirerek, bulduğumuz iyonik jel faz optik görünümünü yanı sıra, aynı zamanda termal özellikleri değiştirildi. Beyaz, opak jel aşamada (Şekil 7) termal kararlılık ve Tgs faz geçiş sıcaklıklar için şeffaf aşama (şekil 5) daha yüksek. Karışık şeffaf ve opak sınanması durumunda (şekil 6), her aşama için iki Tgs faz geçiş sıcaklığı özellikleri görülmektedir.

Yazar ifşa yok