न्यूट्रॉन कैटरिंग का उपयोग करके संयुग्मित पॉलिमर जैल की संरचना पर रोशनी के प्रभाव की निगरानी
Summary
optoelectronic संयुग्मित बहुलक पाली से गठित जैल के विश्लेषण के लिए एक प्रोटोकॉल (3-hexylthiophene-2, 5-diyl) (P3HT) उपस्थिति और रोशनी की अनुपस्थिति दोनों में छोटे और अति छोटे कोण न्यूट्रॉन कैटरिंग का उपयोग कर प्रस्तुत किया गया है.
Abstract
हम प्रभावी ढंग से दोनों उपस्थिति और सफेद प्रकाश जोखिम के अभाव में संयुग्मित बहुलक की एक उच्च एकाग्रता समाधान की जमाना प्रक्रिया की निगरानी करने के लिए एक प्रोटोकॉल प्रदर्शित करता है । एक नियंत्रित तापमान रैंप के साथ, इन सामग्रियों के जमाना ठीक निगरानी के रूप में वे इस संरचनात्मक विकास के माध्यम से आगे बढ़ना है, जो प्रभावी ढंग से कार्बनिक के समाधान जमाव चरण के दौरान अनुभवी स्थितियों दर्पण कर सकते है इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस निर्माण । छोटे कोण न्यूट्रॉन कैटरिंग (बिना) और अल्ट्रा छोटे कोण न्यूट्रॉन तितर बितर (उसाँस) उचित फिटिंग प्रोटोकॉल के साथ साथ हम इस प्रक्रिया में चुनिंदा संरचनात्मक मापदंडों के विकास को बढ़ाता है का उपयोग करना । पूरी तरह से विश्लेषण इंगित करता है कि जमाना प्रक्रिया में जारी प्रकाश जोखिम काफी अंततः गठित जेल की संरचना बदल । विशेष रूप से, पाली की एकत्रीकरण प्रक्रिया (3-hexylthiophene-2, 5-diyl) (P3HT) नैनो पैमाने समुच्चय नकारात्मक रोशनी की उपस्थिति से प्रभावित है, अंततः संयुग्मित बहुलक microstructures में वृद्धि के मंदता में जिसके परिणामस्वरूप और छोटे पैमाने पर स्थूल-कुल समूहों का गठन ।
Introduction
संयुग्मित पॉलिमर कार्यात्मक सामग्री है कि उपकरणों की एक विस्तृत रेंज में उपयोग किया जा सकता वादा, जैसे कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड, कार्बनिक अर्धचालक, रासायनिक सेंसर, और कार्बनिक photovoltaics । 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 इन उपकरणों में प्रदर्शन का एक महत्वपूर्ण पहलू है आदेश और सक्रिय परत में ठोस राज्य में संयुग्मित बहुलक की पैकिंग । 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 इस आकृति विज्ञान मुख्यतः पूर्व दोनों समाधान में बहुलक श्रृंखला के अनुरूप के रूप में अच्छी तरह से संरचना है कि इन समाधानों के रूप में विकसित एक सब्सट्रेट के इधार डाली और विलायक हटा दिया जाता है द्वारा निर्धारित है । एक ठेठ सोल-एक उपयुक्त विलायक में एक मॉडल optoelectronic बहुलक के जेल संक्रमण भर में मौजूद संरचनाओं का अध्ययन करके, इन प्रणालियों को प्रभावी ढंग से मॉडलिंग की और स्वयं में एक मात्रात्मक झलक सकते है विधानसभा कि सामग्री के दौरान होता है बयान प्राप्त किया जा सकता है । 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20
विशेष रूप से, हम विलायक deuterated ऑर्थो-dichlorobenzene (ODCB), एक बहुलक-विलायक प्रणाली जो कार्बनिक इलेक्ट्रॉनिक डिवाइस निर्माण की एक किस्म के लिए अपनी उपयुक्तता के कारण व्यापक उपयोग देखा है में संयुग्मित बहुलक बेंचमार्क P3HT की जांच तकनीक. 23 , 24 , 25 इस दिया विलायक वातावरण में, P3HT जंजीरों तापमान में कमी या विलायक गुणवत्ता की हानि के रूप में एक उपयुक्त पर्यावरणीय उत्तेजनाओं, पर कुल करने के लिए शुरू करते हैं । इस विधानसभा प्रक्रिया के लिए सटीक तंत्र की जांच के तहत है, प्रमुख प्रस्तावित रास्ते में से एक के साथ एक क्रमिक प्रक्रिया है जहां व्यक्तिगत P3HT अणुओं π-ढेर lamellar नैनो-nanofibrils, जो तो खुद के रूप में जाना जाता समुच्चय के रूप में जाना माना agglomerate बड़ा माइक्रोन स्केल मैक्रो-समुच्चय बनाने के लिए । 24 इन रास्ते और परिणामी संरचनाओं का गठन समझ ठीक से भविष्यवाणी और इष्टतम डिवाइस सक्रिय परत morphologies के गठन को प्रभावित करने के लिए महत्वपूर्ण है ।
और अधिक ठीक इन सक्रिय परत वास्तुकला के गठन निर्देशन के इस अंतिम लक्ष्य की ओर, वहां एक गैर के लिए अतिरिक्त प्रयोगात्मक और औद्योगिक तरीकों को विकसित करने की आवश्यकता मौजूद है विनाशकारी रूप में बदल संयुग्मित बहुलक आकृतिक-सीटू में । एक अपेक्षाकृत नई विधि बहुलक श्रृंखला आकृति परिवर्तन के लिए एक सस्ता साधन के रूप में प्रकाश जोखिम के उपयोग के आसपास केंद्र, दोनों गणना और प्रयोगात्मक अपनी व्यवहार्यता की ओर इशारा करते हुए परिणामों के साथ । 25 , 26 , 27 हमारी प्रयोगशाला द्वारा हाल ही में काम संयुग्मित बहुलक के एक प्रकाश प्रेरित परिवर्तन के अस्तित्व का संकेत दिया है एक पतला समाधान में विलायक बातचीत, रोशनी पर बहुलक श्रृंखला आकार में एक उल्लेखनीय परिवर्तन के लिए अग्रणी । 30 , 31 यहां, हम प्रभावी ढंग से एक जमाना प्रक्रिया है कि एक थर्मोस्टेट द्वारा निर्देशित किया जाता है भर में प्रत्यक्ष प्रकाश के लिए एक बहुत अधिक केंद्रित संयुग्मित बहुलक समाधान को उजागर करने के प्रभाव की निगरानी द्वारा इस काम को जारी रखने के लिए एक प्रोटोकॉल वर्तमान नियंत्रित तापमान रैंप । हम न्यूट्रॉन कैटरिंग को रोजगार के रूप में यह angstroms से माइक्रोन के लिए लंबाई तराजू पर बहुलक-विलायक सोल-जेल प्रणाली के संरचनात्मक मापदंडों के मजबूत विश्लेषण की अनुमति देता है, एक क्षमता अन्य अधिक आम rheological या स्पेक्ट्रोस्कोपी वाद्य के माध्यम से संभव नहीं विधियों. 16 , 17 , 30 , 31 इस प्रकार, पूर्ण अंधकार में एकत्र समान डेटा को रोशनी के तहत गठित जैल के विधानसभा के लिए ठीक से विश्लेषण छोटे और अति छोटे कोण न्यूट्रॉन डेटा की तुलना करके, संरचनात्मक मतभेदों को प्रदीप्ति द्वारा पर लाया-चालित प्रभाव को व्यापक रूप से पहचाना और मात्रा जा सकता है ।
Protocol
Representative Results
Discussion
सबसे पहले, तापमान के एक समारोह के रूप में बिना किसी डेटा को देख, अंडाकार सिलेंडर मॉडल स्केल फैक्टर में वृद्धि nanofibril चरण में मौजूद P3HT की मात्रा में एक चिह्नित वृद्धि इंगित करता है, जो जमाना प्रक्रिया की प्र?…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
लेखक कृतज्ञता इस परियोजना के समर्थन के लिए राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन (DMR-१४०९०३४) स्वीकार करते हैं । हम राष्ट्रीय मानक और प्रौद्योगिकी संस्थान, अमेरिका के वाणिज्य विभाग के समर्थन को भी स्वीकार करते हैं, इस कार्य में प्रयुक्त उसाँस सुविधाएं प्रदान करने में, जहां इन सुविधाओं को समझौते के तहत राष्ट्रीय विज्ञान फाउंडेशन द्वारा भाग में समर्थन किया जाता है नहीं. DMR-०९४४७७२. इस अनुसंधान के संस प्रयोगों ORNL के उच्च फ्लक्स आइसोटोप रिएक्टर, जो वैज्ञानिक उपयोगकर्ता सुविधाओं प्रभाग, बुनियादी ऊर्जा विज्ञान, अमेरिका के ऊर्जा विभाग के कार्यालय द्वारा प्रायोजित किया गया था पर पूरा किया गया ।
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).
