رصد تأثيرات الإضاءة على هيكل المواد الهلامية البوليمرية مترافق استخدام تشتت النيوترونات
Summary
بروتوكول لتحليل المواد الهلامية التي تكونت من البصرية الإلكترونية مترافق البوليمر poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) باستخدام الصغيرة وتشتت النيوترونات زاوية صغيرة جداً سواء في وجود أو عدم وجود الإضاءة.
Abstract
علينا أن نظهر بروتوكول للرصد الفعال لعملية جيليشن حل البوليمر مترافق سواء في وجود تركيزات عالية وعدم التعرض للضوء الأبيض. عن طريق منحدر درجة حرارة التي تسيطر عليها، جيلاتيون من هذه المواد يمكن دقة رصد كما أنهم المضي قدما من خلال هذا التطور الهيكلي، الذي يعكس فعالية شروط ذوي الخبرة أثناء مرحلة ترسيب الحل للعضوية تصنيع الأجهزة الإلكترونية. استخدام تشتت النيوترونات زاوية صغيرة (SANS) وتشتت النيوترونات زاوية صغيرة جداً (كده) جنبا إلى جنب مع البروتوكولات المناسبة تركيب نحن قياس تطور حدد المعلمات الهيكلية وطوال هذه العملية. تحليل شامل يشير إلى أن التعرض المستمر للضوء طوال عملية جيليشن يغير إلى حد كبير هيكل هلام شكلت في نهاية المطاف. على وجه التحديد، عملية تجميع المجاميع نانو-مقياس poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) يتأثر سلبا بوجود الإضاءة، أسفر في نهاية المطاف عن تخلف النمو في البوليمر مترافق المجهرية تشكيل مجموعات الماكرو-مجموع حجم أصغر.
Introduction
وعد البوليمرات مترافق المواد الفنية التي يمكن أن تستخدم في طائفة واسعة من الأجهزة، مثل ضوء العضوية التي تنبعث منها الثنائيات وأشباه الموصلات العضوية، وأجهزة الاستشعار الكيميائية والضوئية العضوية. 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 هو أحد جوانب الهامة للأداء في هذه الأجهزة بترتيب والتعبئة من البوليمر مترافق في الحالة الصلبة في الطبقة النشطة. 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 هذا التشكل هو تحددها إلى حد كبير قبل كل المطابقة سلسلة البوليمر في الحل، فضلا عن الهياكل التي تتطور هذه الحلول ويلقي منعزلة الركازة، وتتم إزالة المذيب. بدراسة الهياكل الحالية في جميع أنحاء تحول نموذجي سول-هلام البوليمر البصرية الإلكترونية نموذج في مذيب مناسب، هذه النظم يمكن أن تكون فعالية وعلى غرار ولمحة عن كمية إلى التجميع الذاتي الذي يحدث أثناء ترسب المواد يمكن الحصول عليها. 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20
على وجه التحديد، علينا أن ندرس المعيار البوليمر مترافق P3HT في المذيبات الديوتيريوم اورثو-ثنائي كلور البنزن (أودكب)، نظام البوليمر المذيبات التي شهدت الاستخدام الواسع النطاق بسبب ملاءمتها لمجموعة متنوعة من تصنيع جهاز إلكتروني العضوية تقنيات. 23 , 24 , 25 في هذه البيئة مذيب معين، تبدأ سلاسل P3HT لتجميع عند محفزات بيئية مناسبة، مثل انخفاض درجة الحرارة أو فقدان للجودة المذيبات. الآلية الدقيقة لهذه العملية الجمعية قيد التحقيق، مع واحد من المسارات المقترحة الرائدة ويعتقد أن عملية تدريجية حيث الفردية P3HT الجزيئات π-مكدس الذاكرة المؤقتة لتشكيل رقائقي نانو-المجاميع المعروفة باسم نانوفيبريلس، التي ثم أنفسهم ميولا لتشكيل أكبر ميكرون الحجم الكلي-المجاميع. 24 فهم هذه المسارات وتشكيل الهياكل الناتجة هو المفتاح للتنبؤ بشكل صحيح والتأثير على تشكيل الجهاز الأمثل مورفولوجيس الطبقة النشطة.
نحو تحقيق هذا الهدف في نهاية المطاف أكثر دقة توجيه تشكيل هذه هيكلية الطبقة النشطة، هناك حاجة تطوير أساليب تجريبية وصناعية إضافية لتبديل غير المدمر مورفولوجيا مترافق البوليمر في الموقع. منهجية جديدة نسبيا واحدة تدور حول استخدام التعرض للضوء كوسيلة غير مكلفة لتغيير مورفولوجية سلسلة البوليمر، مع النتائج الحسابية سواء التجريبية تشير إلى إمكانية تنفيذه. 25 , 26 , 27 الأخيرة العمل بالمختبر قد أشارت إلى وجود تحوير المستحث الخفيفة التفاعل البوليمر المذيبات مترافق في محلول مخفف، مما يؤدي إلى تغيير ملحوظ في حجم سلسلة البوليمر على الإضاءة. 30 , 31 ، نقدم هنا بروتوكولا لمواصلة هذا العمل بفعالية رصد الآثار الناجمة عن تعريض حل بوليمر مترافق مركزة أكثر للضوء المباشر خلال عملية جيلاتيون التي يديرها تسيطر على الحرارة منحنى درجة الحرارة. نحن نوظف تشتت النيوترونات أنها تتيح تحليل قوية من المعلمات الهيكلية لنظام البوليمر المذيبات سول-جل على طول جداول من أنجسترومس إلى ميكرون، قدرة غير ممكن عن طريق أخرى أكثر شيوعاً من الآلي انسيابية أو الطيفية أساليب. 16 , 17 , 30 , 31 وهكذا، بمقارنة زاوية صغيرة وصغيرة جداً تم تحليلها بشكل صحيح بيانات النيوترون لتجميع المواد الهلامية شكلت تحت الإضاءة لمطابقة البيانات التي تم جمعها في الظلام الدامس، الاختلافات الهيكلية الناجمة عن يحركها الإضاءة يمكن تحديد آثار شاملة وتقديرها كمياً.
Protocol
Representative Results
Discussion
أولاً، يبحث في البيانات بلا كدالة لدرجة الحرارة، الزيادة في عامل مقياس “اهليلجية الاسطوانة نموذج” يشير إلى زيادة ملحوظة قدرها P3HT الحالية في مرحلة نانوفيبريل، التي إيسكونسيستينت مع تطور جيليشن عملية . في نفس الوقت، النقصان في سلسلة مجانية Rز المقترنة مع زيادة في بورود الأس يكشف أن تق?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
الكتاب امتنان تقر “المؤسسة الوطنية للعلوم” (هيئة الهجرة واللاجئين-1409034) لدعم هذا المشروع. ونعترف أيضا الدعم من المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا الأمريكي للتجارة، وفي توفير المرافق كده المستخدمة في هذا العمل، حيث المعتمدة هذه المرافق في جزء من “المؤسسة الوطنية للعلوم” تحت اتفاق لا. هيئة الهجرة واللاجئين-0944772. واستكملت بلا تجارب هذا البحث في الجريان في رنل “عالية النظائر المفاعل”، الذي قدمته شعبة المرافق المستخدم العلمي، مكتب العلوم الأساسية في الطاقة، وزارة الطاقة الأمريكية.
Materials
| M(106) poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) | Ossila | 104934-50-1 | Conjugated polymer |
| deuterated 1,2 ortho-dichlorobenzene (ODCB) | Sigma Aldrich | AC321260050 | solvent |
Referenzen
- Günes, S., Neugebauer, H., Sariciftci, N. S. Conjugated Polymer-Based Organic Solar Cells. Chem. Rev. 107 (4), 1324-1338 (2007).
- Burroughes, J. H., et al. Light-Emitting Diodes Based on Conjugated Polymers. Letters to Nature. 347, 539-541 (1990).
- Coakley, K. M., McGehee, M. D. Conjugated Polymer Photovoltaic Cells. Chem. Mater. 16 (23), 4533-4542 (2004).
- Tyler McQuade, D., Pullen, A. E., Swager, T. M. Conjugated Polymer-Based Chemical Sensors. Chem. Rev. 100 (7), 2537-2574 (2000).
- Wang, X., et al. Self-Stratified Semiconductor/dielectric Polymer Blends: Vertical Phase Separation for Facile Fabrication of Organic Transistors. J. Mater. Chem. C. 1 (25), 3989 (2013).
- Segalman, R., McCulloch, B., Kirmayer, S., Urban, J. Block Copolymers for Organic Optoelectronics. Macromolecules. 42 (23), 9205-9216 (2009).
- Chen, H., Hsiao, Y., Hu, B., Dadmun, M. Control of Morphology and Function of Low Band Gap Polymer-bis-Fullerene Mixed Heterojunctions in Organic Photovoltaics with Selective Solvent Vapor Annealing. J. Mater. Chem. A. 2, 9883 (2014).
- Li, Y., Vamvounis, G., Holdcroft, S. Tuning Optical Properties and Enhancing Solid-State Emission of Poly (Thiophene) S by Molecular Control: A Postfunctionalization Approach. Macromolecules. 35, 6900-6906 (2002).
- Nguyen, T. -. Q., Martini, I. B., Liu, J., Schwartz, B. J. Controlling Interchain Interactions in Conjugated Polymers: The Effects of Chain Morphology on Exciton−,Exciton Annihilation and Aggregation in MEH−,PPV Films. J. Phys. Chem. B. 104 (2), 237-255 (2000).
- Chen, H., Hu, S., Zang, H., Hu, B., Dadmun, M. Precise Structural Development and Its Correlation to Function in Conjugated Polymer: Fullerene Thin Films by Controlled Solvent Annealing. Adv. Funct. Mater. 23, 1701-1710 (2013).
- Schwartz, B. J. Conjugated Polymers as Molecular Materials: How Chain Conformation and Film Morphology Influence Energy Transfer and Interchain Interactions. Annu. Rev. Phys. Chem. 54 (3), 141-172 (2003).
- Haugeneder, A., et al. Exciton Diffusion and Dissociation in Conjugated Polymer/fullerene Blends and Heterostructures. Phys. Rev. B. 59 (23), 15346-15351 (1999).
- Sirringhaus, H., et al. Two-Dimensional Charge Transport in Self-Organized, High-Mobility Conjugated Polymers. Nature. 401 (6754), 685-688 (1999).
- Al-Ibrahim, M., Ambacher, O., Sensfuss, S., Gobsch, G. Effects of Solvent and Annealing on the Improved Performance of Solar Cells Based on poly(3-Hexylthiophene): Fullerene. Appl. Phys. Lett. 86, 201120 (2005).
- Koppe, M., et al. Influence of Molecular Weight Distribution on the Gelation of P3HT and Its Impact on the Photovoltaic Performance. Macromolecules. 42, 4661-4666 (2009).
- Malik, S., Jana, T., Nandi, A. K. Thermoreversible Gelation of Regioregular poly(3-Hexylthiophene) in Xylene. Macromolecules. 34 (2), 275-282 (2001).
- Xu, W., et al. Sol–gel Transition of poly(3-Hexylthiophene) Revealed by Capillary Measurements: Phase Behaviors, Gelation Kinetics and the Formation Mechanism. Soft Matter. 8, 726 (2012).
- Chan, K. H. K., Yamao, T., Kotaki, M., Hotta, S. Unique Structural Features and Electrical Properties of Electrospun Conjugated Polymer poly(3-Hexylthiophene) (P3HT) Fibers. Synth. Met. 160 (23-24), 2587-2595 (2010).
- Wicklein, A., Ghosh, S., Sommer, M., Würthner, F., Thelakkat, M. Self-Assembly of Semiconductor Organogelator Nanowires for Photoinduced Charge Separation. ACS Nano. 3 (5), 1107-1114 (2009).
- Newbloom, G. M., Weigandt, K. M., Pozzo, D. C. Electrical, Mechanical, and Structural Characterization of Self-Assembly in poly(3-Hexylthiophene) Organogel Networks. Macromolecules. 45, 3452-3462 (2012).
- Li, L., Tang, H., Wu, H., Lu, G., Yang, X. Effects of Fullerene Solubility on the Crystallization of poly(3-Hexylthiophene) and Performance of Photovoltaic Devices. Org. Electron. physics, Mater. Appl. 10 (7), 1334-1344 (2009).
- Bu, L., Pentzer, E., Bokel, F. A., Emrick, T., Hayward, R. C. Growth of Polythiophene / Perylene Tetracarboxydiimide Donor / Acceptor Shish-Kebab Nanostructures by Coupled Crystal Modi Fi Cation. ACS Nano. 6 (12), 10924-10929 (2012).
- Yang, X., et al. Nanoscale Morphology of High-Performance Polymer Solar Cells. Nano Lett. 5 (4), 579-583 (2005).
- Newbloom, G. M., Kim, F. S., Jenekhe, S. a., Pozzo, D. C. Mesoscale Morphology and Charge Transport in Colloidal Networks of Poly(3-Hexylthiophene). Macromolecules. 44, 3801-3809 (2011).
- Tretiak, S., Saxena, A., Martin, R., Bishop, A. Conformational Dynamics of Photoexcited Conjugated Molecules. Phys. Rev. Lett. 89 (9), 97402 (2002).
- Botiz, I., Freyberg, P., Stingelin, N., Yang, A. C. -. M., Reiter, G. Reversibly Slowing Dewetting of Conjugated Polymers by Light. Macromolecules. 46, 2352-2356 (2013).
- Botiz, I., et al. Enhancing the Photoluminescence Emission of Conjugated MEH-PPV by Light Processing. ACS Appl. Mater. Interfaces. 6 (7), 4974-4979 (2014).
- Morgan, B., Dadmun, M. D. Illumination Alters the Structure of Gels Formed from the Optoelectronic Material P3HT. Polymer. 108, 313-321 (2017).
- Morgan, B., Dadmun, M. D. Illumination of Conjugated Polymer in Solution Alters Its Conformation and Thermodynamics. Macromolecules. 49 (9), 3490-3496 (2016).
- Ilavsk, M. Phase Transition in Swollen Gels. 2. Effect of Charge Concentration on the Collapse and Mechanical Behavior of Polyacrylamide Networks. Macromolecules. 15, 782-788 (1982).
- Tanaka, T. Collapse of Gels and the Critical Endpoint. Phys. Rev. Lett. 40 (12), 820-823 (1978).
- . SANS & USANS Data Reduction and Analysis Available from: https://www.ncnr.nist.gov/programs/sans/data/red_anal.html (2017)
- Feigin, L., Svergun, D. . Structure Analysis by Small-Angle X-Ray and Neutron Scattering. , (1987).
- Mittelbach, P. Zur Rontgenkleinwinkelstreuung verdunnter kolloider systeme. Acta Phys. Austriaca. 14, 185-211 (1961).
- Schulz, G. Z. Über die Kinetik der Kettenpolymerisationen. Z. Phys. Chem. 43, 25 (1935).
- . Neutron activation and scattering calculator Available from: https://www.ncnr.nist.gov/resources/activation (2017)
- Kline, S. R. Reduction and Analysis of SANS and USANS Data Using IGOR Pro. J. Appl. Crystallogr. 39 (6), 895-900 (2006).
- Guinier, A., Fournet, G. . Small-Angle Scattering of X-Rays. , (1955).
