En protokoll for analyse av gels dannet fra Optoelektronisk konjugert polymer poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) bruker små og svært liten vinkel neutron spredning i både tilstedeværelse og fravær av belysning er presentert.
Vi viser en protokoll for å effektivt overvåke gelation prosessen med en høy konsentrasjon løsning av konjugert polymer både tilstedeværelse og fravær av hvite lyseksponering. Ved å igangsette en kontrollert temperatur rampe, kan gelation av disse materialene nettopp overvåkes når de fortsetter gjennom denne strukturelle utviklingen, som effektivt gjenspeiler betingelsene erfarne i løsningen deponering fasen av organisk elektronisk innretning fabrikasjon. Liten vinkel neutron spredning (San) og ultra liten vinkel neutron spredning (USANS) sammen med passende passende protokoller kvantifisere vi utviklingen av Velg strukturelle parametere prosessen. Grundige analyser viser at fortsatt eksponering gjennom gelation prosessen betydelig endrer strukturen til slutt dannet gel. Spesielt samling prosessen av poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) nano-skala aggregater er negativt påvirket av tilstedeværelsen av belysning, i retardasjon vekst i konjugert polymer microstructures og dannelsen av mindre skala makro-gjennomsnitt klynger.
Konjugert polymerer lover funksjonelle materialer som kan benyttes i en rekke enheter, for eksempel økologiske lys emitting diodes, organisk halvledere, kjemiske sensorer og organisk solcellepanel. 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 en avgjørende del av ytelsen i disse enhetene er bestilling og pakking av konjugert polymer i solid tilstand som det aktive laget. 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 dette morfologi hovedsakelig pre bestemmes av både konformasjon av polymer kjeden i løsning samt strukturer som disse løsningene er støpt til et substrat og løsemiddelet fjernes. Ved å studere strukturer stede gjennom en typisk sol-gel overgang av en modell Optoelektronisk polymer i et egnet løsemiddel, disse systemene kan være effektivt modellert og en kvantitativ glimt inn i det selv-montering som oppstår under materiale avsetning kan skaffes. 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20
Spesielt undersøke vi konjugert polymer referanseporteføljen P3HT i den løsemiddel deuterated Orto-dichlorobenzene (ODCB), en polymer-betalingsevne system som har sett utstrakt bruk på grunn av sin egnethet for en rekke organiske elektronisk apparat fabrikasjon teknikker. 23 , 24 , 25 i dette gitt løsemiddel miljø, P3HT kjeder begynner å samle på en passende miljømessige stimuli, som temperatur reduksjon eller tap av løsemiddel kvalitet. Den eksakte mekanismen for denne samlingen prosessen er under etterforskning, med en av de ledende foreslåtte antas for å være en gradvis prosess der individuelle P3HT molekyler π stabel å danne lamellær nano-aggregater kjent som nanofibrils, som deretter seg selv samlingen av planeter for å danne større mikron skala makro-aggregat. 24 forstå disse banene og de resulterende strukturene dannet er nøkkelen til riktig forutse og påvirker dannelsen av optimal enheten aktive laget morphologies.
Mot denne endelige mål mer presist regi dannelsen av disse aktive laget arkitekturer, finnes det et behov for å utvikle mer eksperimentelle og industrielle metoder for å endre ikke-destructively konjugert polymer morfologi på plass. En relativt ny metode sentre rundt bruk av lyseksponering som en rimelig måte for å endre polymer kjeden morfologi, med både beregningsorientert og eksperimentelle resultatene peker mot sin gjennomførbarhet. 25 , 26 , 27 siste arbeid av vårt laboratorium har indikerte eksistensen av en lys indusert endring av konjugert polymer-betalingsevne samspillet i en fortynnet løsning, fører til en merkbar endring i polymer kjeden størrelse på belysning. 30 , 31 Her presenterer vi en protokoll for å fortsette dette arbeidet ved å effektivt overvåke effekten av utsette en mye mer konsentrert konjugert polymer løsning lys gjennom en gelation prosess som er regissert av en termostat-kontrollerte temperatur rampen. Vi bruker neutron spredning som det gir robust analyse av strukturelle parametere av polymer-betalingsevne sol-gel på lengden skalerer fra Ångstrøm til mikron, en evne ikke mulig gjennom andre mer vanlige reologiske eller spektroskopiske instrumental metoder. 16 , 17 , 30 , 31 derfor ved å sammenligne riktig analysert liten og ultra liten vinkelen neutron data for montering av gels dannet under belysning identiske data samlet i fullstendig mørke, strukturelle forskjeller av belysning-drevet effekter kan være omfattende identifisert og kvantifisert.
Først viser ser på SANS dataene som en funksjon av temperatur, økningen i elliptiske sylindret modell skaleringsfaktoren en markant økning i P3HT i nanofibril-fasen, som isconsistent med utviklingen av gelation behandle . Samtidig nedgang i gratis kjeden Rg forbundet med en økning i Porod eksponent avslører at forverret termodynamisk betingelsene knyttet temperatur redusere forårsaker en kjede kollaps i P3HT kjeder fremdeles på løsning. Disse resultatene, kombinert med den USANS data viser en markert …
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne erkjenner takknemlig National Science Foundation (DMR-1409034) for støtte til dette prosjektet. Vi erkjenner også støtte fra National Institute of Standards og teknologi, US Department of Commerce, i å USANS brukt i dette arbeidet, hvor fasilitetene støttes delvis av National Science Foundation under avtalen nei. DMR-0944772. SANS eksperimenter av denne forskningen ble gjennomført på ORNLS høy Flux isotop reaktoren, som ble sponset av vitenskapelige bruker fasiliteter divisjon, Office for energi basalfag, US 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 |