Een protocol voor de analyse van gelen gevormd uit de opto-elektronische geconjugeerd polymeer poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) met behulp van kleine en ultrakleine hoek neutronen verstrooiing in zowel de aanwezigheid en de afwezigheid van verlichting wordt gepresenteerd.
We laten een protocol om effectief toezicht de gelering proces van een hoge concentratie oplossing van geconjugeerd polymeer zowel in de aanwezigheid en afwezigheid van blootstelling aan witte licht te zien. Door de helling van een gecontroleerde temperatuur, kan de gelering van deze materialen worden juist gecontroleerd als ze gaan door middel van deze structurele evolutie, die effectief komt overeen met de voorwaarden ervaren tijdens de fase van de depositie oplossing van organische elektronisch apparaat fabricage. Met behulp van kleine hoek neutronen verstrooiing (SANS) en ultra-kleine hoek neutronen verstrooiing (USANS) samen met de juiste montage protocollen kwantificeren we de evolutie van select structurele parameters in dit hele proces. Grondige analyse geeft aan dat voortdurende blootstelling aan licht gedurende de gelering proces aanzienlijk de structuur van de uiteindelijk gevormde gel verandert. Specifiek, het proces van samenvoeging van poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) (P3HT) nano-schaal aggregaten is negatief beïnvloed door de aanwezigheid van verlichting, uiteindelijk resulterend in de vertraging van de groei in geconjugeerd polymeer microstructuren en de vorming van kleinere schaal macro-aggregaat clusters.
Geconjugeerd polymeren beloven functionele materialen die kunnen worden gebruikt in een breed scala van apparaten, zoals organische lichtemitterende diodes, organische halfgeleiders, chemische sensoren en organische fotovoltaïsche zonne-energie. 1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 een cruciaal aspect van de prestaties in deze apparaten is het bestellen en de verpakking van het geconjugeerd polymeer in vaste toestand in de actieve laag. 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 deze morfologie is grotendeels vooraf bepaald door zowel de conformatie van de polymeer-keten in de oplossing evenals de structuren die evolueren als deze oplossingen worden gegoten tot een substraat en het oplosmiddel wordt verwijderd. Door het bestuderen van de structuren die aanwezig zijn in een typische sol-gel-overgang van een model opto-elektronische polymeer in een geschikt oplosmiddel, deze systemen effectief kunnen worden gemodelleerd en een kwantitatieve glimp in de zelf-assemblage die optreedt tijdens de materiële depositie kan worden verkregen. 15 , 16 , 17 , 18 , 19 , 20
Specifiek, onderzoeken we de geconjugeerd polymeer benchmark P3HT in het oplosmiddel Halfzwaar ortho-dichloorbenzeen (ODCB), een polymeer-solvent-systeem die uitgebreid gebruik als gevolg van de geschiktheid ervan voor een verscheidenheid van biologische elektronisch apparaat fabricage gezien heeft technieken. 23 , 24 , 25 in deze bepaalde oplosmiddelen omgeving, beginnen P3HT kettingen bijeen te voegen op een passende milieu stimuli, zoals de daling van de temperatuur of oplosmiddel kwaliteitsverlies. Het exacte mechanisme voor deze vergadering proces onderzocht, met één van de toonaangevende voorgestelde routes wordt beschouwd als een geleidelijk proces waar individuele P3HT moleculen π-stack te vormen lamellaire nano-aggregaten bekend als nanofibrils, die vervolgens zelf doen samenballen tot grotere micron schaal macro-aggregaten. 24 inzicht in deze trajecten en de daaruit voortvloeiende structuren die gevormd is de sleutel tot goed voorspellen en beïnvloeden de vorming van optimale apparaat actieve laag morphologies.
Naar dit uiteindelijke doel van meer precies het regisseren van de vorming van deze actieve laag architecturen, bestaat er een behoefte extra experimentele en industriële methoden niet-destructief veranderen geconjugeerd polymeer morfologie in-situ te ontwikkelen. Een relatief nieuwe methode centreert rond het gebruik van blootstelling aan licht als een goedkoop middel voor het wijzigen van polymeer keten morfologie, met zowel computationele en experimentele resultaten wijzen naar de haalbaarheid ervan. 25 , 26 , 27 Recent werk van ons laboratorium heeft aangegeven het bestaan van een licht geïnduceerde wijziging van het geconjugeerd polymeer-solvent interactie in een verdunde oplossing, wat leidt tot een opmerkelijke verandering in polymeer keten grootte op verlichting. 30 , 31 hier, presenteren we een protocol om verder te gaan van dit werk door effectief toezicht op de gevolgen voor het blootstellen van een veel meer geconcentreerd geconjugeerd polymeeroplossing aan het directe licht gedurende een gelering-proces dat wordt geleid door een gestuurde thermostaat helling van de temperatuur. We gebruiken neutron scattering aangezien het robuuste analyse van structurele parameters van het polymeer-solvent sol-gel systeem op lengte schalen van angstroms tot micron, een mogelijkheid die niet mogelijk door middel van andere gemeenschappelijkere Rheologische of spectroscopische instrumentaal toestaat methoden. 16 , 17 , 30 , 31 aldus, door het vergelijken van de goed geanalyseerd kleine en ultrakleine hoek neutron gegevens voor de vergadering van gelen gevormde onder verlichting aan identieke gegevens verzameld in volledige duisternis, structurele verschillen, veroorzaakt door de verlichting-gedreven effecten kunnen uitgebreid worden geïdentificeerd en gekwantificeerd.
Eerst geeft kijken naar de gegevens van het OPSLAGBEHEER als functie van de temperatuur, de toename van de schaalfactor elliptische cilinder Model een duidelijke toename van het aantal P3HT in de nanofibril fase, die isconsistent met de progressie van de gelering verwerken . Tegelijkertijd, de afname van de vrije keten Rg gepaard met een toename van de Porod exponent onthult dat de verslechterende thermodynamische voorwaarden in verband met de temperatuur dalen een keten instorting veroorzaken in de P3HT nog s…
The authors have nothing to disclose.
De auteurs mijn dankbaarheid uitspreken aan de National Science Foundation (DMR-1409034) voor ondersteuning van dit project. We erkennen ook de steun van het National Institute of Standards en technologie, Amerikaanse ministerie van handel, in het verstrekken van de faciliteiten van de USANS die worden gebruikt in dit werk, waar daartussen zijn deels gesteund door de National Science Foundation onder overeenkomst Nr. DMR-0944772. De experimenten van de SANS van dit onderzoek werden verzorgd door ORNL van hoge Flux isotoop Reactor, die werd gesponsord door de wetenschappelijke gebruiker voorzieningen Division, Office of Basic Energy Sciences, ons ministerie van energie.
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 |