Die Autoren erkennen dankbar der National Science Foundation (DMR-1409034) für die Unterstützung dieses Projektes. Wir anerkennen auch die Unterstützung des National Institute of Standards und Technologie, US Department of Commerce, bei der Bereitstellung der USANS Anlagen in dieser Arbeit, wo sind diese Einrichtungen zum Teil durch die National Science Foundation unter Vereinbarung unterstützt Nein. DMR-0944772. SANS Experimente dieser Forschung wurden am ORNLs High Flux Isotop Reaktor, abgeschlossen, die durch die wissenschaftlichen Nutzer Einrichtungen Division, Office Basic Energiewissenschaften, US Department of Energy gesponsert wurde.

Alle Umgang mit Chemikalien sollten mit der richtigen persönlichen Schutzausrüstung und eine Schutzhaube durchgeführt werden. Alle Proben, die ionisierende Strahlung ausgesetzt sollte unter der Aufsicht von den Einrichtungen radioaktive Techniker behandelt werden. Dieses Protokoll wurde von Personen durchgeführt, die entsprechenden Strahlung Sicherheitsausbildung absolviert hatte.
1. Vorbereitung des P3HT in d-ODCB Lösungen
<ol>
	<li>Probe-Übernahme
	<ol>
		<li>Kaufen 1 g hohe Regioregularity (&#62; 90 %) P3HT in das Molekulargewicht reichen 15-40 K.</li>
		<li>Kaufen 5 g von hoher Reinheit (&#62; 90 Atom % deuterierter) d-4 1,2-ODCB.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Vorbereitung der Probe
	<ol>
		<li>Filtern Sie alle d-ODCB-Lösung mit 0,45 µm-Sieb in ein Glasfläschchen.</li>
		<li>Kombinieren Sie 0,34 g P3HT in 1,66 g d-ODCB in einer 5 g Glas-Durchstechflasche mit Folie ausgekleidet. Hinweis: Während der Probe Erstellung und Übertragung, minimieren Sie die umgebende Lichtintensität, die die Probe jederzeit ausgesetzt ist.</li>
		<li>Das Fläschchen eine magnetische Stir Bar hinzu, die Kappe zu sichern, und versiegeln mit Parafilm.</li>
		<li>Wickeln Sie Fläschchen komplett in Alufolie zu jeder Belichtung Lösung zu verhindern.</li>
		<li>Legen Sie die Probe auf heißer Platte bei 70 ° C für 1-3 h mit der magnetischen Stir Bar aktiviert.</li>
		<li>Entfernen Sie vor Hitze und unter ständigem Rühren einmal Lösung völlig homogen ist (vorzugsweise verlassen die Probe Heizung/rühren über Nacht um komplette Dispersion zu gewährleisten).</li>
		<li>Lösung von Fläschchen auf einen gut gereinigten übertragen (mit separaten Spülungen von Aceton und Wasser) 1 oder 2 mm dicken Quarz Banjo Zelle mit einer Glaspipette. Hinweis: Heizung Glaspipette in einem Trockenschrank auf 70 ° C, unmittelbar vor dem Transfer diesen Prozess vereinfacht.</li>
		<li>Banjo Zellenabdeckung anbringen und mit Parafilm abdichten.</li>
		<li>Banjo Ortszelle in völliger Dunkelheit (d. h. in einer verschlossenen Schachtel oder in Alufolie gewickelt).</li>
		<li>Montieren Sie in ähnlicher Weise eine Probe enthält nur d-ODCB (voll belegt) und eine leere Banjo-Zelle als Lösungsmittel Hintergrund und leere Zelle bzw. für die Streuexperimente fungieren.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
(2) Neutron Streuexperimente
<ol>
	<li>SANS Experimente in der "dunklen" Umwelt
	<ol>
		<li>Sicherzustellen Sie mit Unterstützung der Instrument-Wissenschaftler, dass ein Probentisch angebracht ist, mit den erforderliche Temperatur-Reglern in der Lage, der Regie einer Temperaturrampe von 70-20 ° C.</li>
		<li>Legen Sie die Banjo-Zellen in den entsprechend dimensionierte Holding Blöcke, sichere, und Label.</li>
		<li>Wickeln Sie ganzen Block mit 0,1 mm Dicke Alufolie um sicherzustellen, dass kein Umgebungslicht Vorfall zur Probe. Minimieren Sie Verformungen der Folie auf die richtige Montage des umschlossenen Block in der Probe-Bühne zu gewährleisten. Ort dieser umschlossenen Block und Probe innerhalb der Probe-Bühne.</li>
		<li>Vervollständigen Sie mit Unterstützung der Instrument-Wissenschaftler das geeignete Instrument Ausrichtung und Kalibrierung mit den entsprechenden Standardmaße. Legen Sie den Detektor-Abstand in der Nähe seine maximale Einstellung (zum Beispiel bei 18 m) Zugang zu der niedrigsten Q-Region (~0.001 Å-1), so dass letztlich A Q umfassende etwa 0,001-0,1 Å-1. Dadurch werden Sondierung von Länge Waagen bis zu ~ 500 nm.</li>
		<li>Mit Hilfe des Wissenschaftlers Instrument sammeln Sie Zählraten für P3HT und Lösungsmittel Proben und Berechnungen Sie zur Bestimmung der Menge der Streuung Zeitaufwand insgesamt Detektor zählt pro Probe von etwa 500.000 bis 1.000.000 Gewährleistung zu erreichen gute statistische Qualität in den Daten.</li>
		<li>Erstellen Sie mit diesen Informationen ein Beispielskript, das 70-20 ° C Temperatur Rampe und Daten Sammlung Prozess leiten wird. Wählen Sie eine Reihe von diskreten Temperatur auf bestes Cover den gesamten Bereich innerhalb der gegebenen zeitlichen z.B. jedes 2 ° c zeigt Für jeden Punkt auf der Rampe 3 separate Einträge im Skript zu machen: eine Änderung die gewünschte Temperatur, eine Wartezeit (ca. 15 Minuten), kann das System die thermisch equilibrate bevor Streuung erfasst werden und die Streuung Messung selbst durchgeführt, über die geeignete Zeitdauer für die Erreichung den erforderlichen Melder zählt</li>
		<li>Sobald das Instrument und Skript bereit sind, führen Sie das Skript und beginnen Sie das Experiment. Achten Sie darauf, Daten für die Lösungsmittel und leere Zelle sowie (ohne Temperaturrampe) zu sammeln. Zusätzlich sammeln Sie Daten für jede Probe und eine blockierte Strahl-Messung.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>SANS Experimente in der "light"-Umgebung
	<ol>
		<li>Nach Abschluss der "dunklen" Experiment bewegen die Proben von der Bühne, legen Sie auf eine sichere Benchtop und entfernen Sie alle Aluminiumfolie beobachtend Strahlung Sicherheitsprotokolle.</li>
		<li>Setzen Sie einen optischen Illuminator mit einer Halogen-Lichtquelle nahe der Probe-Bühne, so dass die Leads effektiv das Musterfeld in der Phase der Streuung Sammlung Position zugeordneten beleuchten.</li>
		<li>Anhand eines kalibrierten Belichtungsmessers, Datensatz die Lichtintensität von der Beleuchtung mit maximaler Intensität an der Stelle, wo die Probe sitzen wird, zur Verfügung gestellt. Intensitätswerte werden mit Beleuchtung und Probe Bühne Konfiguration variieren, jedoch ist die Beleuchtungsstärke von mindestens 5.000 Lux erwünscht.</li>
		<li>Sobald dieses Beleuchtung Setup korrekt zusammengesetzt ist, zurückkehren Sie die Proben auf die Bühne, sicherzustellen Sie, dass die Beleuchtung richtig aktiven Sample Beleuchtung ist wieder auf 70 ° C erhitzen Sie, ermöglichen Sie richtige Gleichgewichtherstellung und wiederholen Sie die Daten Sammlung Eingriff auf das dunkle Proben mit der optischen Illuminator bietet ununterbrochene direkte Belichtung gründlich die gesamte Dauer dieses Schritts.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>USANS Experimente
	<ol>
		<li>Bereiten Sie USANS Proben in ähnlicher Weise mit Quarz Banjo Zellen vor und in Kupfer oder Titan Blöcke in einem temperaturgeregelten Probentisch.</li>
		<li>Richten Sie mit Hilfe des Instruments Wissenschaftlers aus und kalibrieren Sie des Gerätes beschäftigt die erforderliche Anzahl der Puffer bei der gegebenen Neutron Wellenlänge zur Analyse von Q-Werte von etwa 10-5 - 10-3 Å-1, so dass Länge ermöglichen Skalen in der Größenordnung von Mikrometern, sondiert werden.</li>
		<li>Entwickeln Sie das experimentelle Skript in ähnlicher Weise wie die SANS Experimente, so dass für thermische Gleichgewichtherstellung und Datenerfassung bei jeder Temperatur schon früher damit befasst.</li>
		<li>Die SANS-Experimente wieder repliziert werden, führen Sie das Skript einmal unter "Dunkelheit" und wieder "" Licht"Bedingungen.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3.Datenreduktion und Analyse
<ol>
	<li>SANS Reduktion und Analyse
	<ol>
		<li>Mit dem jeweiligen Programm, Eingang32 die Datendateien für Streuung, Hintergrund (Lösungsmittel), leere Zelle, blockierte Strahl und Transmissionsmessungen richtige Hintergrundabzug und Umwandlung von Streuung-Daten in absolute zu erreichen Einheiten der Intensität in cm-1.</li>
		<li>Beginnen Sie mit den Daten entsprechend reduziert, Analyse durch Anpassung der experimentellen Streuung Daten auf ein Modell, das die lineare Zugabe von zwei passende Gleichungen, eine für die Nanofibril Aggregate durch die elliptische Zylinder-Modell,33 und ein weiteres unter Berücksichtigung der freien Ketten in Lösung durch das Polymer ausgeschlossen Volumenmodell. 34 , 35 die Gleichung unten beschreibt diese Kombination Modell-Ansatz: 
		<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/56163/56163eq1.jpg"> In dieser Gleichung, ϕP3HT beschreibt den Gesamtvolumen Bruchteil P3HT in der Lösung <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/56163/56163eq2.jpg"> ist der Volumenanteil der aggregierten P3HT vorhanden und als eines elliptischen Zylinders, PPEV modelliert ist das freie Kette ausgeschlossen-Volumen Formfaktor für P3HT, PECM beschreibt den elliptischen Zylinders Formfaktor für die Aggregate und <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/56163/56163eq3.jpg"> und <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/56163/56163eq4.jpg"> sind die Streuung Länge Dichte (SLD) Kontrast zwischen P3HT Aggregate und dem Lösungsmittel und zwischen dem freien P3HT Ketten und das Lösungsmittel bzw.. SLD-Werte für alle Komponenten des Systems errechnet werden, mit einem Wissen über ihre chemische Zusammensetzung und Masse Dichte und den Einsatz eines SLD-Rechners verfügbar als Teil der meisten Neutron-Analyse-Programme oder online. 36</li>
		<li>Auf ordnungsgemäße Montage Verfahren mit NCNR Igor Einbau Makros37 bzw. das SASView Programm, Werte für die wichtigsten strukturellen Parameter für das gelierte System bei allen Temperaturen in dem hell und dunkel, so dass Quantifizierung der erwerben die morphologische Entwicklung im Laufe dieses Prozesses als Funktion der Temperatur und Lichteinfall auftritt. Diese strukturelle Parameter gehören die Querschnittsflächen der Nanofibrils, kostenlose Kette Radius Gyration (Rg) und Porod Exponent und eine qualitative Bewertung der Gesamtmenge des Materials in der Nanofibril Phase vorhanden.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>USANS Reduktion und Analyse
	<ol>
		<li>Mit dem jeweiligen Programm, geben Sie die Streuung und Hintergrunddaten für jeden Puffer zum Zusammenführen der Daten in einer einzigen reduzierten Kurve in absolute Intensität Einheiten cm-1.</li>
		<li>Analysieren Sie die Daten mithilfe eines Guinier-Porod Kraft Gesetz Modells die quantitative Bewertung der aggregierten Streubildern von den USANS Längenskala sondiert und ermöglicht die Erfassung von Aggregatwerten der R-g ermöglicht. 38 passt diese Methode durch NCNR Igor passend Makros37 oder SASView passende Programm um einen Vergleich der Makro-Aggregat Rg für alle Temperaturen und Lichtverhältnissen.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol>
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Crystallogr. 39 (6), 895-900 (2006).</li><li>Guinier, A., Fournet, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Small-Angle Scattering of X-Rays. , (1955).</li></ol>

Die Autoren haben nichts preisgeben.

Zunächst zeigt Betrachtung der SANS-Daten als Funktion der Temperatur, die Zunahme der elliptischen Zylinder Modell Skalierungsfaktor einen deutlichen Anstieg in Höhe von P3HT vorhanden in der Nanofibril Phase, welche Isconsistent mit dem Fortschreiten der Gelierung zu verarbeiten . Gleichzeitig, der Rückgang der freie Kette Rg verbunden, mit einem Anstieg der Porod Exponent enthüllt, die die sich verschlechternden thermodynamischen Bedingungen im Zusammenhang mit Temperatur verringern einen Kette Zusammenbruch in die P3HT Ketten noch heute in verursachen Lösung. Diese Ergebnisse, kombiniert mit den USANS Daten zeigen einen deutlichen Anstieg der Macroaggregate Rg bei Temperaturabnahme, darauf hinweisen, dass die Streuexperimente haben effektiv erfasst und das Fortschreiten der strukturellen Selbstmontage analysiert Prozess im Mittelpunkt der Sol-Gel-Übergang, ein Prozess, der in Abbildung 6dargestellt ist. Die Ergebnisse dieser Experimente zu analysieren, wie eine Funktion der Belichtung weitere Informationen enthält die Wirkung der Beleuchtung auf die Gelierung Prozess im Zusammenhang mit und die ultimative aggregierten Strukturen gebildet. Vergleich aller SANS Parameter in Abbildung 2 zeigen sich Unterschiede zwischen den hellen und dunklen Proben über einen Temperaturbereich, ebenso wie die USANS Daten in Abbildung 3. Zusammengenommen, zeigt diese Informationen, dass Belichtung effektiv die P3HT-Aggregation-Prozess verhindert, was zu weniger Material in der Nanofibril Phase (gekennzeichnet durch die ECM Maßstab Faktor Ergebnisse) aggregieren und Mikrometer kleinere Aggregate) gegeben durch die USANS R-g -Werte). Somit hat dieses Experiment auch betont die Unterschiede zwischen den konjugierten Polymer Gelierung in das Licht gegen die Dunkelheit durchgeführt und unterstrich die Bedeutung der Beleuchtung Bedingungen auf das Gerät relevanten Auftauschicht Morphologien, die gebildet werden.
Wenn man einen ähnlichen experimentellen Ansatz die oben beschriebene Methode ist es wichtig zu beachten die Grenzen des Systems. Neutronenstreuung ist eine leistungsfähige Technik für die Analyse von Ångström, Nanometer-Maßstab-Strukturen in Polymersysteme, Längenskalen, die oberhalb oder unterhalb dieses Bereichs liegen sind jedoch besser durch andere Techniken sondiert. Darüber hinaus, wenn eine der Komponenten des Polymer Systems von Interesse nicht leicht deuterierter sind, kann es schwierig, den Kontrast für akzeptable Ergebnisse zu erreichen sein. Außerdem müssen angesichts die begrenzte Menge an Neutronen Strahlzeit, Experimente sorgfältig mit einem relativ konzentrierten Fokus geplant werden. Es ist auch wichtig, eine passende robuste Modell vorbestimmt, bevor die Experimente des Analyseprozesses eingrenzen und korrekte Modellierung des Systems zu gewährleisten.
Unter der Annahme, dass ein Experiment diese Bedingungen erfüllt, bieten diese Neutronen Streumethoden ein einzigartiges Werkzeug, um die strukturelle Entwicklung der Polymersysteme unauffällig über einer Strecke der Länge zu überwachen als Funktion der mehrere Reize aus der Umwelt, wie z. B. Skalen Temperatur und Lichteinfall. Nutzung dieser Ansätze für den Ausbau dieser Methoden zu einer Vielzahl von Polymer-Lösungsmittel-Systemen, strukturelle Veränderungen zu erforschen können, auftretende aufgrund von Änderungen in einer Vielzahl von Bedingungen, einschließlich (aber nicht beschränkt auf) Polymer Konzentration, Lösungsmittel Qualität, Dotierstoff Zusatz und thermische Vorgeschichte.

Konjugierte Polymere Versprechen Funktionsmaterialien, die in einer Vielzahl von Geräten, wie z. B. organische lichtemittierende Dioden, organischen Halbleitern, chemische Sensoren und organische Photovoltaik genutzt werden können. 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 ein entscheidender Aspekt der Leistung in diesen Geräten ist die Bestellung und Verpackung des konjugierten Polymeren im festen Zustand in der aktiven Ebene. 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 diese Morphologie ist weitgehend vorbestimmt durch beide die Konformation der Polymerkette in Lösung als auch die Strukturen, die zu entwickeln, wie diese Lösungen zu einem Substrat gegossen sind und das Lösungsmittel entfernt. Durch das Studium der Strukturen in der gesamten einen typischen Sol-Gel-Übergang aus einem Modell optoelektronische Polymer in einem geeigneten Lösungsmittel vorhanden, können diese Systeme effektiv modelliert werden und einen quantitativen Einblick in die Selbstmontage in diesem Fall während der materiellen Abscheidung erhalten Sie. 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20
Insbesondere beschäftigen wir uns mit die konjugierten Polymer-Benchmark P3HT in das Lösungsmittel deuterierte ortho-Dichlorbenzol (ODCB), ein Polymer-Lösungsmittel-System die extensive Nutzung aufgrund seiner Eignung für eine Vielzahl von organischen elektronisches Gerät Herstellung gesehen hat Techniken. 23 , 24 , 25 in diesem bestimmten Lösungsmittel Umfeld P3HT Ketten beginnen, auf eine entsprechende Reize aus der Umwelt, wie z. B. aggregieren Temperaturabnahme oder Qualitätsverlust Lösungsmittel. Der genaue Mechanismus für diese Montageprozess untersucht, mit einer der führenden vorgeschlagenen Wege wird angenommen, dass ein schrittweiser Prozess wo individuelle P3HT Moleküle π-Stapel, lamellare Nano-Aggregate bekannt als Nanofibrils, die dann selbst zu bilden agglomerieren Sie, um größere Mikrometer Skala Makro-Aggregate zu bilden. 24 Verständnis dieser Wege und die daraus resultierenden Strukturen gebildet ist Schlüssel zum richtig vorhersagen und beeinflussen die Bildung von optimalen Gerät Auftauschicht Morphologien.
Diese ultimative Richtung mehr genau leiten die Bildung dieser aktiven Layer-Architekturen gibt es müssen zusätzliche experimentelle und industriellen Methoden ändern zerstörungsfrei konjugierten Polymer Morphologie in-Situ entwickelt. Eine relativ neue Methode konzentriert sich auf die Verwendung von Belichtung als eine preiswerte Möglichkeit für Polymer-Kette Morphologie mit rechnerischen und experimentellen Ergebnissen zeigt auf seine Machbarkeit zu verändern. 25 , 26 , 27 aktuelle Arbeit von unserem Labor hat deuteten auf die Existenz von eine leichte induzierte Veränderung der konjugierten Polymer-Lösungsmittel-Interaktion in einer verdünnten Lösung führt zu eine bemerkenswerte Änderung in Polymer Kettengröße auf Beleuchtung. 30 , 31 hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll, um diese Arbeit fortsetzen, indem Sie effektiv überwachen die Auswirkungen des Aussetzens einer viel konzentrierteren konjugierten Polymerlösung für direktes Licht während eines Gelierung Prozess, das durch einen Thermostat gesteuert gerichtet ist Temperaturrampe. Wir beschäftigen Neutronenstreuung wie es robuste Analyse der Strukturparameter von Polymer-Lösungsmittel Sol-Gel-System ermöglicht die auf Längenskalen von Angström, Mikron, eine Fähigkeit, die nicht durch andere häufiger rheologischen oder spektroskopischen Instrumental möglich Methoden. 16 , 17 , 30 , 31 so gebildet durch den Vergleich des richtig analysierten klein- und Winkels Neutronendaten für die Montage der Gele unter Beleuchtung mit identischen Daten in völliger Dunkelheit, strukturelle Unterschiede hervorgerufen durch Beleuchtung getrieben Effekte können umfassend identifiziert und quantifiziert werden.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="822">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:353px;">M(106) poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT)</td>
			<td style="width:143px;">Ossila</td>
			<td style="width:160px;">104934-50-1</td>
			<td style="width:167px;">Conjugated polymer</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;">deuterated 1,2 ortho-dichlorobenzene (ODCB)</td>
			<td style="width:143px;">Sigma Aldrich</td>
			<td>AC321260050</td>
			<td>solvent</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

monitoring the effects of illumination on the structure of conjugated polymer gels using neutron scattering

Wir zeigen ein Protokoll, um die Gelierung Prozess eine hochkonzentrierte Lösung konjugierte Polymere sowohl in der Gegenwart und Fehlen von weißen Belichtung wirksam zu überwachen. Durch die Einführung einer kontrollierter Temperatur-Rampe, kann die Gelierung dieser Materialien genau überwacht werden, da gehen sie durch diese strukturelle Evolution, die effektiv die Bedingungen während der Lösungsphase Ablagerung von organischen Spiegel elektronisches Gerät Fertigung. Mit kleinen Winkel Neutronenstreuung (SANS) und ultra-kleinen Winkel Neutronenstreuung (USANS) sowie passende Protokolle quantifizieren wir die Entwicklung der ausgewählten Strukturparameter im Laufe dieses Prozesses. Gründliche Analyse zeigt, dass anhaltende Belichtung während des Prozesses der Gelierung deutlich die Struktur des schließlich gebildeten Gels verändert. Insbesondere der Aggregationsprozess poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) Nano-Maßstab Aggregate beeinträchtigt durch die Anwesenheit von Beleuchtung, was schließlich in die Verlangsamung des Wachstums in konjugierten Polymer Mikrostrukturen und die Bildung von kleineren Maßstab Makro-Aggregat Clustern.

Durch SANS und USANS experimentiert, die Gelierung Prozess der P3HT in d-ODCB wurde effektiv überwacht vom Staat verteilte Lösung bei 70 ° C zu einem komplett gelierte Zustand bei 20 ° C. Diese Experimente wurden in beiden völliger Dunkelheit und unter weiße Beleuchtung. Abbildung 1 zeigt einige Beispiel SANS reduziert Datenkurven aus diesen versuchen, mit einem Beispiel Kurvenanpassung in Abbildung 2dargestellt. Aus diesen Daten, die strukturelle Veränderungen wie Temperatur verringert effektiv erfasst wurden, gekennzeichnet durch eine deutliche Steigerung in absoluten Intensität wie Temperatur fällt. Darüber hinaus für jeden gegebenen Temperatur gibt es eine klare Diskrepanz zwischen der Streuung Daten der Proben im Dunkeln studierte und studierte im Licht wie die Daten überlappen Grundstücke nicht. Dies bedeutet, dass die Belichtung der Aggregationsprozess erheblich beeinträchtigt. Abbildung 3 zeigt Werte für eine Vielzahl von strukturellen Parameter extrahiert mit der kombinierten Modell aus den SANS Daten angepasst und strukturelle informiert über die Nanofibril Aggregate und die kostenlose Ketten noch in Lösung. Die Nanofibril Fläche beschreibt die Oberfläche des Gesichts von zylindrischen nanoskalige P3HT Aggregate und die ECM Maßstab Faktor gibt eine qualitative Beschreibung des Betrags der P3HT vorhanden in ihrer Gesamtheit phase, während die freie Kette Rg und Porod Exponent beschreiben die Größe und Form Faktor der P3HT Ketten in der Lösung noch nicht geliert. Signifikante Unterschiede hinsichtlich dieser Parameter bei jedem gegebenen Temperatur und zwischen hellen und dunklen Proben bei einer gegebenen Temperatur zeigen, dass das Experiment und Anpassungsprozess die Beeinträchtigung der Belichtung dabei Gelierung eingefangen haben. Da sie einen wesentlich niedrigeren Q Bereich beschäftigen, ermöglichen USANS Experimente, dass die Charakterisierung der größeren Länge Skalen mit P3HT Makro Aggregate und durch die Spiegelung des gleichen Ansatzes verwendet in den SANS-Experimenten, die Wirkung von Temperatur und Licht im Einklang die Größe dieser Aggregate ist effektiv quantifiziert. Abbildung 4 zeigt USANS Daten neben den SANS-Daten für eine einheitliche Temperatur aufgetragen, und Abbildung 5 zeigt die R-g -Daten durch Anpassung USANS Daten mit einem macht-Gesetz-Modell erworben. Diese R-g -Wert wächst mit abnehmender Temperatur als Gelierung fortschreitet und individuelle P3HT Nanofibrils sich aggregierte, groß angelegte Mikrostrukturen zu bilden. Und wie bei der SANS-Daten gibt es deutlicher Unterschied zwischen den hellen und dunklen Daten, speziell mit kleineren R-g -Werte mit Belichtung.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56163/56163fig1.jpg"> 
Abbildung 1: Kleine Winkel Neutronen-Streuung Daten für eine 17 wt % Probe P3HT in d-ODCB über 70-20 ° C Temperaturrampe. Daten unter weiße Beleuchtung (offene Symbole) und in völliger Dunkelheit (geschlossene Symbole). Fehlerbalken melden instrumental Fehler. Von Referenz 28 mit Erlaubnis reproduziert. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56163/56163fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56163/56163fig2.jpg"> 
Abbildung 2: Beispiel passen, mit einer Kombination Modellansatz unter Einbeziehung sowohl der elliptischen Zylinders und Polymer ausgeschlossen Volumenmodell zu 17 Gew.-% P3HT SANS Daten gesammelt bei 34 ° C in Gegenwart von weiße Beleuchtung. Von Referenz 28 mit Erlaubnis reproduziert. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56163/56163fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56163/56163fig3.jpg"> 
Abbildung 3: Wählen Sie Parameter aus dem kombinierten Modell gewonnen fit für 17 Gew.-% P3HT durch eine 70-20° C Temperaturrampe, mit schwarzen Spuren Angabe Proben im Dunkeln studierte und rote Spuren mit Proben studiert unter Beleuchtung: (A): Nanofibril Oberfläche Bereich, (B): elliptische Zylinder Modell Skalierungsfaktor, (C): Radius der Drehung des freien Ketten und (D): Porod Exponent der freien Ketten. Fehlerbalken melden Standardabweichung Passform generiert Fehlerwerte. Von Referenz 28 mit Erlaubnis reproduziert. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56163/56163fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56163/56163fig4.jpg"> 
Abbildung 4: Klein- und Streuung Winkeldaten 17 wt % P3HT bei 24 ° C für beleuchtete (grau) und dunkel (schwarz) Proben. Fehlerbalken melden instrumental Fehler. Von Referenz 28 mit Erlaubnis reproduziert. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56163/56163fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56163/56163fig5.jpg"> 
Abbildung 5: Umkreis von Gyration Werte aus 17 wt % P3HT USANS Daten-fit mit einem Guinier-Porod Kraft Gesetz Modell für beleuchtete (rot) und dunkel (schwarz) Proben. Fehlerbalken melden Standardabweichung Passform generiert Fehlerwerte. Von Referenz 28 mit Erlaubnis reproduziert.
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56163/56163fig6.jpg"> 
Abbildung 6: Abbildung des Montageprozesses P3HT von freien Ketten zur endgültigen Mikron-Maßstab Aggregate. Von Referenz 28 mit Erlaubnis reproduziert. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56163/56163fig6large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>

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Monitoring the Effects of Illumination on the Structure of Conjugated Polymer Gels Using Neutron Scattering

Ein Protokoll für die Analyse der Gele gebildet aus der optoelektronischen konjugierten Polymer poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) mit kleinen und ultra-kleinen Winkel Neutronenstreuung in an- und Abwesenheit der Beleuchtung wird vorgestellt.

Überwachung der Auswirkungen der Beleuchtung auf die Struktur des konjugierten Polymer-Gel mit Neutronenstreuung

We demonstrate a protocol to effectively monitor the gelation process of a high concentration solution of conjugated polymer both in the presence and ...

monitoring-effects-illumination-on-structure-conjugated-polymer-gels

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Chemistry

5.6K Aufrufe.  University of Tennessee, Knoxville. Ein Protokoll für die Analyse der Gele gebildet aus der optoelektronischen konjugierten Polymer poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) mit kleinen und ultra-kleinen Winkel Neutronenstreuung in an- und Abwesenheit der Beleuchtung wird vorgestellt.

Serie: Monitoring the Effects of Illumination on the Structure of Conjugated Polymer Gels Using Neutron Scattering

Structure and Coordination Determination of Peptide-metal Complexes Using 1D and 2D 1H NMR

Copper (I) binding by metallochaperone transport proteins prevents copper oxidation and release of the toxic ions that may participate in harmful redox reactions. The Cu (I) complex of the peptide model of a Cu (I) binding metallochaperone protein, which includes the sequence MTCSGCSRPG (underlined is conserved), was determined in solution under inert conditions by NMR spectroscopy.
NMR is a widely accepted technique for the determination of solution structures of proteins and peptides. Due to difficulty in crystallization to provide single crystals suitable for X-ray crystallography, the NMR technique is extremely valuable, especially as it provides information on the solution state rather than the solid state. Herein we describe all steps that are required for full three-dimensional structure determinations by NMR. The protocol includes sample preparation in an NMR tube, 1D and 2D data collection and processing, peak assignment and integration, molecular mechanics calculations, and structure analysis. Importantly, the analysis was first conducted without any preset metal-ligand bonds, to assure a reliable structure determination in an unbiased manner.

Structure and Coordination Determination of Peptide-metal Complexes Using 1D and 2D 1H NMR

The NMR-solution structure of a metallochaperone model peptide with Cu (I) was determined, and a detailed protocol from sample preparation and 1D and 2D data collection to a three-dimensional structure is described.

Copper (I) binding by metallochaperone transport proteins prevents copper oxidation and release of the toxic ions that may participate in harmful redox ...

Forschung

Chemie

Preparation of Highly Porous Coordination Polymer Coatings on Macroporous Polymer Monoliths for Enhanced Enrichment of Phosphopeptides

We describe a protocol for the preparation of hybrid materials based on highly porous coordination polymer coatings on the internal surface of macroporous polymer monoliths. The developed approach is based on the preparation of a macroporous polymer containing carboxylic acid functional groups and the subsequent step-by-step solution-based controlled growth of a layer of a porous coordination polymer on the surface of the pores of the polymer monolith. The prepared metal-organic polymer hybrid has a high specific micropore surface area. The amount of iron(III) sites is enhanced through metal-organic coordination on the surface of the pores of the functional polymer support. The increase of metal sites is related to the number of iterations of the coating process.
The developed preparation scheme is easily adapted to a capillary column format. The functional porous polymer is prepared as a self-contained single-block porous monolith within the capillary, yielding a flow-through separation device with excellent flow permeability and modest back-pressure. The metal-organic polymer hybrid column showed excellent performance for the enrichment of phosphopeptides from digested proteins and their subsequent detection using matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry. The presented experimental protocol is highly versatile, and can be easily implemented to different organic polymer supports and coatings with a plethora of porous coordination polymers and metal-organic frameworks for multiple purification and/or separation applications.

A procedure for the preparation of porous hybrid separation media composed of a macroporous polymer monolith internally coated by a high surface area microporous coordination polymer is presented.

Vorbereitung hoch poröser Koordinationspolymerbeschichtungen auf makroporösen Monoliths für verbesserte Anreicherung von Phosphopeptiden

We describe a protocol for the preparation of hybrid materials based on highly porous coordination polymer coatings on the internal surface of macroporous ...

Photodynamic Therapy with Blended Conducting Polymer/Fullerene Nanoparticle Photosensitizers

In this article a method for the fabrication and reproducible in-vitro evaluation of conducting polymer nanoparticles blended with fullerene as the next generation photosensitizers for Photodynamic Therapy (PDT) is reported. The nanoparticles are formed by hydrophobic interaction of the semiconducting polymer MEH-PPV (poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene]) with the fullerene PCBM (phenyl-C61-butyric acid methyl ester) in the presence of a non-compatible solvent. MEH-PPV has a high extinction coefficient that leads to high rates of triplet formation, and efficient charge and energy transfer to the fullerene PCBM. The latter processes enhance the efficiency of the PDT system through fullerene assisted triplet and radical formation, and ultrafast deactivation of MEH-PPV excited stated. The results reported here show that this nanoparticle PDT sensitizing system is highly effective and shows unexpected specificity to cancer cell lines.

This protocol describes a method for the fabrication of conducting polymer nanoparticles blended with fullerene. These nanoparticles were investigated for their potential use as a next generation photosensitizers for Photodynamic Therapy (PDT).

Photodynamische Therapie mit Blended leitendes Polymer / Fullerene Nanopartikel Photosensibilisatoren

In this article a method for the fabrication and reproducible in-vitro evaluation of conducting polymer nanoparticles blended with fullerene as the next ...

Layer-by-layer Synthesis and Transfer of Freestanding Conjugated Microporous Polymer Nanomembranes

CMP as large surface area materials have attracted growing interest recently, due to their high variability in the incorporation of functional groups in combination with their outstanding thermal and chemical stability, and low densities. However, their insoluble nature causes problems in their processing since usually applied techniques such as spin coating are not available. Especially for membrane applications, where the processing of CMP as thin films is desirable, the processing problems have hindered their commercial application.
Here we describe the interfacial synthesis of CMP thin films on functionalized substrates via molecular layer-by-layer (l-b-l) synthesis. This process allows the preparation of films with desired thickness and composition and even desired composition gradients.
The use of sacrificial supports allows the preparation of freestanding membranes by dissolution of the support after the synthesis. To handle such ultra-thin freestanding membranes the protection with sacrificial coatings showed great promise, to avoid rupture of the nanomembranes. To transfer the nanomembranes to the desired substrate, the coated membranes are upfloated at the air-liquid interface and then transferred via dip coating.

In this paper we describe the interfacial synthesis of conjugated microporous polymers (CMP) on sacrificial substrates, and the dissolution of the substrate for the preparation of freestanding CMP nanomembranes. In addition, we will describe how the fragile nanomembranes can be transferred to other substrates.

Layer-by-Layer-Synthese und Übertragung von Freestanding konjugierte mikroporöse Polymernanomembranen

CMP as large surface area materials have attracted growing interest recently, due to their high variability in the incorporation of functional groups in ...

Functionalization of Single-walled Carbon Nanotubes with Thermo-reversible Block Copolymers and Characterization by Small-angle Neutron Scattering

We demonstrate a protocol for single-walled carbon nanotube functionalization using thermo-sensitive PEO-PPO-PEO triblock copolymers in an aqueous solution. In a carbon nanotube/PEO105-PPO70-PEO105 (poloxamer 407) aqueous solution, the amphiphilic poloxamer 407 adsorbs onto the carbon nanotube surfaces and self-assembles into continuous layers, driven by intermolecular interactions between constituent molecules. The addition of 5-methylsalicylic acid changes the self-assembled structure from spherical-micellar to a cylindrical morphology. The fabricated poloxamer 407/carbon nanotube hybrid particles exhibit thermo-responsive structural features so that the density and thickness of poloxamer 407 layers are also reversibly controllable by varying temperature. The detailed structural properties of the poloxamer 407/carbon nanotube particles in suspension can be characterized by small-angle neutron scattering experiments and model fit analyses. The distinct curve shapes of the scattering intensities depending on temperature control or addition of aromatic additives are well described by a modified core-shell cylinder model consisting of a carbon nanotube core cylinder, a hydrophobic shell, and a hydrated polymer layer. This method can provide a simple but efficient way for the fabrication and in-situ characterization of carbon nanotube-based nano particles with a structure-tunable encapsulation.

A method for the functionalization of carbon nanotubes with structure-tunable polymeric encapsulation layers and structural characterization using small-angle neutron scattering is presented.

Funktionalisierung von einwandigen Kohlenstoff-Nanoröhrchen mit Thermo-reversible Blockcopolymere und Charakterisierung durch Kleinwinkelneutronenstreuung

We demonstrate a protocol for single-walled carbon nanotube functionalization using thermo-sensitive PEO-PPO-PEO triblock copolymers in an aqueous ...

The Preparation and Properties of Thermo-reversibly Cross-linked Rubber Via Diels-Alder Chemistry

A method for using Diels Alder thermo-reversible chemistry as cross-linking tool for rubber products is demonstrated. In this work, a commercial ethylene-propylene rubber, grafted with maleic anhydride, is thermo-reversibly cross-linked in two steps. The pending anhydride moieties are first modified with furfurylamine to graft furan groups to the rubber backbone. These pendant furan groups are then cross-linked with a bis-maleimide via a Diels-Alder coupling reaction. Both reactions can be performed under a broad range of experimental conditions and can easily be applied on a large scale. The material properties of the resulting Diels-Alder cross-linked rubbers are similar to a peroxide-cured ethylene/propylene/diene rubber (EPDM) reference. The cross-links break at elevated temperatures (&#62; 150 &#176;C) via the retro-Diels-Alder reaction and can be reformed by thermal annealing at lower temperatures (50-70 &#176;C). Reversibility of the system was proven with infrared spectroscopy, solubility tests and mechanical properties. Recyclability of the material was also shown in a practical way, i.e., by cutting a cross-linked sample into small parts and compression molding them into new samples displaying comparable mechanical properties, which is not possible for conventionally cross-linked rubbers.

A simple two-step approach involving rubber modification and cross-linking yields fully reworkable, elastic rubber products.

Die Herstellung und Eigenschaften von Thermo reversibel vernetzten Kautschuk Via Diels-Alder-Chemie

A method for using Diels Alder thermo-reversible chemistry as cross-linking tool for rubber products is demonstrated. In this work, a commercial ...

Electrochemical Impedance Spectroscopy as a Tool for Electrochemical Rate Constant Estimation

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used for advanced characterization of organic electroactive compounds along with cyclic voltammetry (CV). In the case of fast reversible electrochemical processes, current is predominantly affected by the rate of diffusion, which is the slowest and limiting stage. EIS is a powerful technique that allows separate analysis of stages of charge transfer that have different AC frequency response. The capability of the method was used to extract the value of charge transfer resistance, which characterizes the rate of charge exchange on the electrode-solution interface. The application of this technique is broad, from biochemistry up to organic electronics. In this work, we are presenting the method of analysis of organic compounds for optoelectronic applications.

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) of species that undergo reversible oxidation or reduction in solution was used for determination of rate constants of oxidation or reduction.

Elektrochemische Impedanz Spektroskopie als Instrument zur elektrochemischen Rate Konstanten Schätzung

Electrochemical impedance spectroscopy (EIS) was used for advanced characterization of organic electroactive compounds along with cyclic voltammetry (CV). ...

Raman and IR Spectroelectrochemical Methods as Tools to Analyze Conjugated Organic Compounds

In the presented work, two spectroelectrochemical techniques are discussed as tools for the analysis of the structural changes occurring in the molecule on the vibrational level of energy. Raman and IR spectroelectrochemistry can be used for advanced characterization of the structural changes in the organic electroactive compounds. Here, the step-by-step analysis by means of Raman and IR spectroelectrochemistry is shown. Raman and IR spectroelectrochemical techniques provide complementary information about structural changes occurring during an electrochemical process, i.e. allows for the investigation of redox processes and their products. The examples of IR and Raman spectroelectrochemical analysis are presented, in which the products of the redox reactions, both in solution and solid state, are identified.

A protocol of step-by-step Raman and IR spectroelectrochemical analysis is presented.

Raman und IR Spectroelectrochemical Methoden als Werkzeuge konjugierte organische Verbindungen zu analysieren

In the presented work, two spectroelectrochemical techniques are discussed as tools for the analysis of the structural changes occurring in the molecule ...

Using Cyclic Voltammetry, UV-Vis-NIR, and EPR Spectroelectrochemistry to Analyze Organic Compounds

Cyclic voltammetry (CV) is a technique used in the analysis of organic compounds. When this technique is combined with electron paramagnetic resonance (EPR) or ultraviolet-visible and near-infrared (UV-Vis-NIR) spectroscopies, we obtain useful information such as electron affinity, ionization potential, band-gap energies, the type of charge carriers, and degradation information that can be used to synthesize stable organic electronic devices. In this study, we present electrochemical and spectroelectrochemical methods to analyze the processes occurring in active layers of an organic device as well as the generated charge carriers.

In this article, we describe electrochemical, electron paramagnetic resonance, and ultraviolet-visible and near-infrared spectroelectrochemical methods to analyze organic compounds for application in organic electronics.

Mithilfe von zyklischer Voltammetrie, UV-Vis-NIR und EPR Spectroelectrochemistry organische Verbindungen analysieren

Cyclic voltammetry (CV) is a technique used in the analysis of organic compounds. When this technique is combined with electron paramagnetic resonance ...

Reactive Vapor Deposition of Conjugated Polymer Films on Arbitrary Substrates

We demonstrate a method of conformally coating conjugated polymers on arbitrary substrates using a custom-designed, low-pressure reaction chamber. Conductive polymers, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and poly(3,4-propylenedioxythiophene) (PProDOT), and a semiconducting polymer, poly(thieno[3,2-b]thiophene) (PTT), were deposited on unconventional highly-disordered and textured substrates with high surface areas, such as paper, towels and fabrics. This reported deposition chamber is an improvement of previous vapor reactors because our system can accommodate both volatile and nonvolatile monomers, such as 3,4-propylenedioxythiophene and thieno[3,2-b]thiophene. Utilization of both solid and liquid oxidants are also demonstrated. One limitation of this method is that it lacks sophisticated in situ thickness monitors. Polymer coatings made by the commonly used solution-based coating methods, such as spin-coating and surface grafting, are often not uniform or susceptible to mechanical degradation. This reported vapor phase deposition method overcomes those drawbacks and is a strong alternative to common solution-based coating methods. Notably, polymer films coated by the reported method are uniform and conformal on rough surfaces, even at a micrometer scale. This feature allows for future application of vapor deposited polymers in electronics devices on flexible and highly textured substrates.

This paper presents a protocol for reactive vapor deposition of poly(3,4-ethylenedioxythiophene), poly(3,4-propylenedioxythiophene), and poly(thieno[3,2-b]thiophene) films on glass slides and rough substrates, such as textiles and paper.