Monitorização dos efeitos de iluminação sobre a estrutura do polímero conjugado géis usando Neutron Scattering
Summary
Um protocolo de análise de géis formados a partir do optoelectronic conjugados polímero poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) usando pequenas e dispersão de nêutrons ultra pequeno ângulo na presença e na ausência de iluminação é apresentado.
Abstract
Vamos demonstrar um protocolo para controlar eficazmente o processo de gelificação de uma solução de alta concentração de polímero conjugado tanto na presença e ausência de exposição à luz branca. Instituindo uma rampa de temperatura controlada, a gelificação destes materiais pode ser precisamente monitorada como proceder através desta evolução estrutural, que espelha efetivamente as condições experientes durante a fase de deposição de solução de orgânicos fabricação de dispositivos eletrônicos. Usando a dispersão de nêutrons de ângulo pequeno (SANS) e a dispersão de nêutrons de ângulo ultra pequeno (USANS) juntamente com protocolos de encaixe apropriado podemos quantificar a evolução dos parâmetros estruturais selecionados em todo este processo. Minuciosa análise indica que a continuada exposição à luz durante todo o processo de gelificação significativamente altera a estrutura do gel, finalmente, formado. Especificamente, o processo de agregação de agregados de nano-escala de poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) é negativamente afetado pela presença de iluminação, finalmente tendo por resultado o retardo de crescimento em microestruturas de polímero conjugado e o formação de clusters de macroagregado de escala menores.
Introduction
Polímeros conjugados prometem materiais funcionais que podem ser utilizados em uma ampla gama de dispositivos, tais como orgânico luz emitida por diodos, semicondutores orgânicos, sensores químicos e orgânica energia fotovoltaica. 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 um aspecto crucial do desempenho destes equipamentos é a ordenação e a embalagem do polímero conjugado no estado sólido na camada ativa. 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 esta morfologia é largamente pre-determinada por ambos a conformação da cadeia do polímero em solução, bem como as estruturas que evoluem à medida que estas soluções são lançadas a um substrato e o solvente é removido. Ao estudar as estruturas presentes ao longo de uma transição sol-gel típica de um polímero de optoeletrônicos de modelo em um solvente adequado, estes sistemas podem ser efetivamente modelados e um vislumbre de quantitativo a auto-montagem que ocorre durante a deposição de material pode ser obtido. 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20
Especificamente, nós examinamos o benchmark de polímero conjugado P3HT na solvente deuterado orto-diclorobenzeno (ODCB), um sistema de polímero-solvente, que viu o uso extensivo devido à sua adequação para uma variedade de fabricação de dispositivos eletrônicos orgânicos técnicas. 23 , 24 , 25 neste ambiente de determinado solvente, P3HT correntes começam a agregar-se em cima de um estímulos ambientais adequadas, tais como temperatura diminuição ou perda da qualidade de solvente. O mecanismo exato para este processo de montagem está sob investigação, com uma das principais vias propostas acreditado para ser um processo gradual, onde individuais P3HT moléculas π-pilha para formar nano-agregados lamelares, conhecidos como nanofibrils, que então se aglomeram-se para formar a maior micron escala macroagregados. 24 compreender esses caminhos e as resultantes estruturas formadas é chave para predizer corretamente e influenciando a formação de morfologias de camada ativa do dispositivo ideal.
Para este objetivo final de mais precisamente dirigindo a formação dessas arquiteturas de camada ativa, existe uma necessidade de desenvolver métodos experimentais e industriais adicionais não-destrutivamente alterar morfologia polímero conjugado in situ. Uma relativamente nova metodologia centros em torno do uso de exposição à luz como um meio barato para alterar a morfologia de cadeia do polímero, com resultados computacionais e experimentais apontam para sua viabilidade. 25 , 26 , 27 recente trabalho por nosso laboratório indicou a existência de uma leve alteração induzida da interação polímero-solvente conjugada em uma solução diluída, levando a uma mudança notável no tamanho de cadeia do polímero sobre iluminação. 30 , 31 aqui, apresentamos um protocolo para continuar este trabalho monitorando eficazmente os efeitos de expor uma solução muito mais concentrada de polímero conjugado à luz direta durante todo um processo de gelificação que é dirigido por um termóstato controlado rampa de temperatura. Empregamos a dispersão de nêutrons como permite análise robusta de parâmetros estruturais do sistema sol-gel de polímero-solvente em escalas de comprimento de Angstrons a microns, uma habilidade não é possível através de outro mais comuns rheological ou espectroscópico instrumental métodos. 16 , 17 , 30 , 31 assim, comparando o ângulo pequeno e ultra pequeno devidamente analisado dados de nêutrons para a montagem de géis formaram sob a iluminação para idênticos dados coletados em completa escuridão, diferenças estruturais provocadas pela iluminação-driven efeitos podem ser exaustivamente identificados e quantificados.
Protocol
Representative Results
Discussion
Primeiro, olhando para os dados SANS em função da temperatura, o aumento no fator de escala modelo de cilindro elíptico indica um aumento na quantidade de P3HT presentes na fase de nanofibril, que isconsistent com a progressão da gelificação da processo . Simultaneamente, a diminuição da cadeia livre Rg emparelhado com um aumento de Porod expoente revela que as condições termodinâmicas deterioração associadas com temperatura diminuem está causando um colapso da cadeia em cadeias de P3HT ainda pre…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores reconhecem com gratidão da National Science Foundation (DMR-1409034) para suporte deste projecto. Também reconhecemos o apoio do Instituto Nacional de padrões e tecnologia, E.U. departamento do comércio, em fornecer as instalações USANS usadas neste trabalho, onde estas facilidades são suportadas em parte pela Fundação Nacional de ciência no âmbito do acordo Não. DMR-0944772. Os experimentos SANS desta pesquisa foram concluídos em alta Isotope Reactor do ORNL de fluxo, que foi patrocinado pela divisão de instalações científicas usuário, escritório de ciências básicas de energia, do departamento de energia.
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 |
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