En protokol til analyse af geler dannes fra optoelektroniske konjugeret polymer poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) ved hjælp af lille og ultra-små angle neutron scattering i både tilstedeværelse og fravær af belysning er præsenteret.
Vi demonstrere en protokol for at overvåge effektivt gellation processen med en høj koncentration løsning af konjugeret polymer både tilstedeværelse og fravær af hvidt lys eksponering. Ved at indføre en kontrolleret temperatur rampe, kan gellation af disse materialer netop overvåges som de går gennem denne strukturelle udvikling, som effektivt spejler betingelserne erfarne løsning deposition fase af økologisk elektronisk indretning fabrikation. Ved hjælp af small angle neutron scattering (SANS) og ultra-små angle neutron scattering (USANS) sammen med passende montering protokoller kvantificere vi udviklingen i udvalgte strukturelle parametre i hele denne proces. Grundig analyse viser, at fortsatte lys eksponering under hele gellation markant ændrer strukturen af de i sidste ende dannede gel. Specifikt, sammenlægning processen af poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) nano-skala aggregater er negativt påvirket af tilstedeværelsen af belysning, i sidste ende resulterer i retardering af vækst i konjugeret polymer mikrostrukturer og den dannelsen af mindre skala makro-samlet klynger.
Konjugeret polymerer lover funktionelle materialer, der kan udnyttes i en bred vifte af enheder, såsom organisk lysemitterende dioder, organiske halvledere, kemiske sensorer og organiske solceller. 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 et afgørende aspekt af ydeevnen i disse enheder er bestilling og pakning af konjugeret polymer i fast tilstand i det aktive lag. 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 denne morfologi er i høj grad forudbestemt af begge kropsbygning af polymer kæde i løsning samt de strukturer, der udvikles som disse løsninger er støbt til et substrat og opløsningsmidlet er fjernet. Ved at studere de strukturer, der findes overalt i en typisk sol-gel overgang af en model optoelektroniske polymer i et passende opløsningsmiddel, disse systemer kan være effektivt modelleret og en kvantitativ indblik i den samlesæt, der opstår under materiale deposition kan opnås. 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20
Konkret har undersøge vi konjugeret polymer benchmark P3HT i den solvente deutereret ortho-dichlorbenzen (ODCB), en polymer-opløsningsmiddel system, som har set udstrakt brug på grund af dets egnethed til en lang række organiske elektronisk indretning fabrikation teknikker. 23 , 24 , 25 i denne givet opløsningsmiddel miljø, P3HT kæder begynder at aggregere ved en passende miljømæssige stimuli, såsom temperatur fald eller tab af opløsningsmiddel kvalitet. Den nøjagtige mekanisme for denne forsamling proces er omfattet af undersøgelsen, med en af de førende foreslåede veje menes for at være en gradvis proces, hvor individuelle P3HT molekyler π-stakken til at danne gråt nano-aggregater kendt som nanofibrils, som så selv vedblive for at danne større micron skala makro-aggregater. 24 forståelse af disse veje og de deraf følgende strukturer dannet er nøglen til korrekt at forudsige og påvirke dannelsen af optimal enhed aktive lag morfologier.
Denne ultimative mål mere netop lede dannelsen af disse aktive lag arkitekturer, findes der et behov for at udvikle yderligere eksperimentelle og industrielle metoder til ikke-destruktivt alter konjugeret polymer morfologi in situ. En forholdsvis ny metode centre rundt om brugen af lys eksponering som et billigt middel til at ændre polymer kæde morfologi, med både beregningsmæssige og eksperimentelle resultater peger mod dens gennemførlighed. 25 , 26 , 27 seneste arbejde af vores laboratorium har angivet eksistensen af en lys induceret ændring af konjugeret polymer-opløsningsmiddel interaktionen i en fortyndet opløsning, fører til en bemærkelsesværdig ændring i polymer kæde størrelse på belysning. 30 , 31 her, vil vi præsentere en protokol for at fortsætte dette arbejde ved effektivt overvåge virkningerne af udsætter en langt mere koncentreret konjugeret polymer løsning for direkte lys i en gellation proces, der er instrueret af en termostat-styret temperatur rampe. Vi ansætter neutron spredning, da det giver mulighed for robust analyse af strukturelle parametre af polymer-opløsningsmiddel sol-gel system på længdeskalaer fra oxidlag til mikron, en evne ikke muligt gennem andre mere almindelige rheologiske eller spektroskopiske instrumental metoder. 16 , 17 , 30 , 31 derfor, ved at sammenligne den korrekt analyseret lille og ultra-lille vinkel neutron data til samling af geler dannet under belysning til identiske data indsamlet i komplet mørke, strukturelle forskelle anlagt den ved belysning-drevet virkninger kan være omfattende identificeres og kvantificeres.
Først angiver ser på SANS data som en funktion af temperatur, stigningen i elliptisk Cylinder Model skala faktor en markant stigning i mængden af P3HT i den nanofibril fase, som isconsistent med progression af gellation behandle . Samtidig faldet i gratis kæde Rg parret med en stigning i Porod eksponent afslører, at de forværrede termodynamiske forhold forbundet med temperaturen falde forårsager en kæde sammenbrud i de P3HT kæder stadig til stede i løsning. Disse resultater, kombineret med de USANS d…
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne parlamentsarbejdet National Science Foundation (DMR-1409034) til støtte for dette projekt. Vi erkender også med støtte fra National Institute for standarder og teknologi, US Department of Commerce, i forbindelse med de USANS anlæg, som anvendes i dette arbejde, hvor disse faciliteter er delvist understøttet af National Science Foundation under aftalen Lol DMR-0944772. SANS eksperimenter af denne forskning blev afsluttet på ORNLS høje Flux isotop reaktor, der var sponsoreret af videnskabelige bruger faciliteter Division, Office of grundlæggende energi Sciences, os Department of Energy.
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 |