הבנת התצורה המורכבת של רשתות פולימר היא אבן הפינה של מדעי החומרים המודרניים, המשפיעה ישירות על התכונות המכאניות, התרמיות והאופטיות של פלסטיק, elastomers, סיבים, וציפויים.הסידור המרחבי של רצפי מונומר - טקטיקות, התאמה, שרשרת חיתוך, שרשרת חיתוך, ריצוף, וסבך חומרים מתקדמים - קובע אם פולימרים מתנהגים כמו מפלסטיק קשיח או גמיש, עבור עשורים תצורה מתקדמת של שיטות הפעלה אופטית של שיטות הפעלה אופטית של שיטות פעולה חדשניות של שיטות פעולה.

שיטות מסורתיות של ניתוח פולימר: יסודות ומגבלות

לפני עידן של טכניקות חד-מולקוליות ופיזור מבוססות, הפולימרים התבססו על קומץ של שיטות מבוססות היטב. בעוד אלה נשארים הכרחיים לניתוח שגרתי, כל אחד מהם יש מגבלות טבועות שטכניקות חדשניות מטפלות כעת.

אור Scattering

(ב) פיזור אור (SLS) ופיזור אור דינמי (DLS) מספק מידע על משקל מולקולרי, רדיוס של גליון (SLT:0RIRFLT:1gigtureFLT:2sFLT 3: 3), ורדיוס הידרודינמיקה (FLT:4RLSFLT) כולל LT7 LTFLT 7).

גל Permeation Chromatography (Size-Exclusion Chromatography)

GPC מפריד בין מולקולות פולימרים על ידי הידרודינמיקה נפח.קלבר עם סטנדרטים ידועים, הוא מניב התפלגות משקל מולקולרית ופיזור (FLT:0 ⁇ FLT:1) בעוד מהיר בשימוש נרחב, GPC סובל מאי-ודאות קלורציה, במיוחד עבור פולימרים מעוכבים או לא לינאריים.זה גם דורש פירוק, אשר יכול לשבש את ההתאמות פתרון-phase יתר, GPC אינו יכול להבחין בין תצורה ליניארית של משקל שונה.

אלקטרון מיקרוסקופיה

Transmission אלקטרוני microscopy (TEM) ו סריקת מיקרוסקופ אלקטרוני (SEM) מציעים הדמיה ישירה של דגימות פולימרים מיובשים, גילוי מורפולוגיה, lamellae גבישי, ותחומים שונים בשלב זה. Cryo-TEM שיפרה את השימור של מדינות ילידות, אבל הכנה מדגם לעתים קרובות מציגה חפצים. קונבנציונאל TEM דורש כתמים עם מתכות כבדות כדי לספק ניגוד, ואקום גבוה ואלקטרוני יכול להיות חשיפה תצורה של אטומית או תצורה מוגבלת לרמה מוגבלת של תצורה של אטומית.

שיטות סריקה שונות ושיטתיות Thermal

אף על פי שלא מדובר בבדיקה מבנית ישירה, DSC מציין מעברים כגון מעבר זכוכית (ראה:0TentiFLT:1gGFLT:2IRFLT 3), היתוך (ראה FLT:4TFLT:5migph:6FLT:6FLT 7), ו- Crystalizations.

למרות התועלת שלהם, שיטות קלאסיות אלה לעזוב פערים קריטיים: הן אינן יכולות לפתור התאמות שרשרת בודדות, לפקח על שינויים דינמיים בזמן אמת, או להבחין בקלות משככי כאבים תצורה עדינה.הטכניקות החדשניות המתוארות להלן ממלאות פערים אלה עם רגישות ופרטים.

טכניקות חדשניות ב- Polymer chain Analysis

פריצות דרך האחרונות יש מדענים פולימרים חמושים עם כלים שדוחפים מעבר לממוצעים של הרכב.שיטות אלה משלבות לעתים קרובות פיזיקה, ננוטכנולוגיה וניתוח חישובי כדי לחלץ מידע קונפורציונאלי ישיר מרשתות בודדות או צ'קים קטנים.

Single-Molecule Force Spectroscopy (SMFS)

SMFS משתמשת מיקרוסקופיה כוח אטומי (AFM) או tweezers אופטי למתוח, דחוס, או פיתחו רשתות פולימר בודדות תוך מדידה הכוח הנדרש.בניסוי AFM-SMFS, אחד קצה של שרשרת פולימר מחוברת משטח והשני ל- AFM קצה, כמו קצה קצה קצה של רצף אנרגיה לא מוגבלת, כמו רצף של חלבון זה, או קיבולת מוגבלת, יש שינויים קיבולת מוגבלת לתוך קיבולת מוגבלת של חלבון זה.

לדוגמה, מחקרים SMFS על פוליאתילן גליקול (PEG) הראו כי התנהגות כוח-העוצמה שלה מתפתל במודל שרשרת המשורף בחופשיות על כוחות גבוהים, המציין נוקשות שרשרת בשל מגבלות זווית האג"ח.בפוליאלקטרוניקה, SMFS מגלה כיצד הדבקה נגדית משפיעה על גמישות.טכניקה שימשה גם למחקר של מולקולות מכניות, ו-DNA-SFM- דינמית, כולל חלבונים של ימינו, קרינת הצפנה, דינמית, ו-SFM-D.

קרינת רנטגן קטנה (SAXS) ו- Small-Angle Neutron Scattering (SANS)

SAXS ו-SS הן שיטות עוצמתיות להתאמה של שרשרת פולימרים בפתרון או בחלקם. צילומי רנטגן מפוזרים מתנודות צפיפות אלקטרונים, בעוד ש-Nutrons מפוזרים מ- nuclei, ואת אורך הפיזור ניתן לתמרן על ידי החלפת אורסטוטופי (למשל, תווית דהוי).

(ב) פתרון חד-משמעי, פרופיל הפיזור באזור הסבך הנמוך מספק את רדיוס ההגרלה באמצעות התוספת של Guinier. at the middle זוויות ביניים, את העלילה של קראטקי (ראה:0IFLT:1(03:2qFLT) מאפשר סימולציות של שיטות מחקר קיטור (R) לעומת 3,2qFLT:5squapled: 7F2Falr) {\displaystyle \iphiv} {\displaystyle \L} {\displaystyle \L} 7.

(ה) עם וריאציות ניגודיות הוא חזק במיוחד עבור מערכות מרובות-קומנטליות.על ידי טיהור אחד של בלוק copolymer, הפיזור של בלוק זה ניתן להדגיש.טכניקה זו שימשה כדי לקבוע את הצורה והשילוב של מצחצוצים פולימרים, ההתאמה של רשתות פולימרים ננוקומה, ואת המבנה של מורכבות פוליאלקטרוניקה משולבת עם מודלים ניסיוניים כגון:2FQ:2F.

ניוטרון Scattering with Contrast Variation

בעוד הקשור ל-Sams, השימוש בפולימרים ניגודיים ראוי להזכיר בנפרד בשל היכולת הייחודית שלה להבחין בחלקים שונים של פולימרים מורכבים.לדוגמה, על ידי ערבוב מימןated ו deuterated פולימרים, הפיזור של המרכיב המלוטש יכול להיות מבודד.טכניקה זו כבר הייתה אינסטרומציה בהבנה של פיזור בפולימרים, התאמה של שכבות פולימרים פולימרים מטבוליים, ואת המבנה הפנימי של עכברים מפוסקים (Ricertreceretretretretretretret) אשר שימש לאחרונה, אשר משמש פיזור של פיזור פיזור פיזור פיזור ספקטרום רחב יותר, 000 פיזור של פיזור של ספקטרום של מחסנים של פתרונות מחסנים של ספקטרום רחב יותר, 000 מחסנים).

Cryo-Electron Microscopy (Cryo-EM)

Cryo-EM מהפכה בביולוגיה מבנית והוא מוחל יותר ויותר על פולימרים סינתטיים. in Cryo-EM, סרט דק של פתרון הוא במהירות vitrified, שמירה על פולימר במדינה כמעט גמישה, hydrated ללא גבישים או כתמים הוכיחו את התמונות חסימת גבוהה של מחסנים פולימרים בודדים, מצטברים, או קפסולות אחוריות.

סולידריות המדינה גרעינית מגנטית Resonance (SNMR)

בעוד NMR הוא העיקרי בכימיה פולימרית לניתוח הרכב, טכניקות מוצקות NMR מספקות מידע קונפורמציה מפורט (FLT:013FLT:1C חוצה קו רוחב ומסתובבת (CP-MAS) NMR יכול להבחין בין אזורי amorphous ו גבישי בפולימרים סמיקליים, ואפילו לזהות מצבים רציפים ספציפיים של פחמן (CP-Flasticial) כגון: RDRD2D).

Raman and Infrared (IR) Spectroscopy with Surface Enhancement

אמנה IR ו-Raman spectroscopy קבוצות פונקציונליות אבל חסר רזולוציה תואמים ספציפית שרשרת. עם זאת, טכניקות כגון טיפ-enhanced Raman spectroscopy (TERS) ו- משטח-enhanced Raman לפזר (S) מאפשרות רכישת ספקטרום רטט דק מאזורים קטנים יותר מאשר להגביל את ה-Frection TERS, אשר משתמש במולקולות מתכת-AFM-A-Fic-Fic-Fic-Fic-Fic-S כדי לזהות אפילו עניבה מקומית של עניבה.

Machine Learning and Computational Analysis

חדשנות אינה מוגבלת לחומרה ניסיונית.מכונות למידה (ML) אלגוריתמים מאומן כעת על נתונים גדולים מסימולציות וניסויים כדי לחזות תצורה של רשתות נתונים מוגבלים.לדוגמה, רשתות עצביות יכולות לשחזר את ההתאמה התלת מימדית של פולימר מפרופילים SAXS, או סיווג תבניות מתקפלות מתמונות AFM. ML גם מאיצה סימולציות מולקולריות על ידי למידה שדות כוח מבוזרים, המאפשרים של סימולציות סטרי-אווירה של שיטות חישוביות מיקרוסקופיות אפשריות של שיטות חישוביות.

תוצאות חיפוש של Advanced Polymer chain Analysis

היכולת לנתח תצורה של שרשרת פולימרים ברזולוציה גבוהה משפיעה על תחומים רבים. להלן הם אזורי יישום מרכזיים שבו טכניקות חדשניות אלה עושים את ההבדל.

עיצוב חומרים חכמים ותומכים

Shape-emory פולימרים, self-healing elastomers, גירויים עמידים הידרוגלים מסתמכים על התאמות שרשרת מדויקות.SMFS שימש לתכנון קישורים שמפוזרים בכוח מסוים, המאפשר שחרור מבוקר של סוכני ריפוי. SAXS ו-SSSS חושף כיצד הטמפרטורה או pH משפיעים על התאמה בנפיחות (N-isopylacry) תגובה אופטית של אופטימיזציה אופטית של תפקוד אופטית של תפקוד אופטית-דלקתי (S) של תפקוד אופטית-S.

Biopolymer Systems

הבנת התצורה של פולימרים טבעיים כמו צלולוז, משי, DNA וחלבונים הוא חיוני עבור חומרים ביומטיים. Neutron מפוזר עם וריאציות ניגודיות מאירה את המבנה ההיררכי של משי עכביש, מראה כיצד β-גליונים תואמים בשרשראות חלבון לוותר על קשיחות יוצאת דופן.S על DNA חשף את התפקיד של ערימות וחיבור מימן ביציבות מכנית של ננו- DNA.

פולימר ננוקום ו- Thin Films

ב nanocomposites, ההתאמה של רשתות פולימרים ליד חלקיקים שולטים חיזוק וניידות.S עם שרשראות ממטריקס deute מדדה את שכבת פולימר הגבול סביב אחליק חלקיקים, מראה כי טמפרטורת המעבר הזכוכית של השכבה עולה עם רפיח.TERS ממפה את האוריינטציה בסרטים דקים של פולימרים המשמשים תאים סולאריים אורגניים, ישירות קורט של היישר קוגניציה עם יעילות גבוהה יותר של מכשירים אורגניים.

Crystallization and Supramolecular Assembly

גבישי פולימר כרוך בשרשרת מתקפלת לתוך lamellae, אבל המנגנון המדויק כבר נדון במשך עשרות שנים. זמן-resolved SAXS ו- WAXS בשילוב עם calorimetry תפסו את השלבים המוקדמים של ניונקיה וצמיחה גבישית, חושף mesophas transient Transient Transient. Cryo-EM כבר צילם גבישים כפולים של פוליאתן ברזולוציה מימן קרוב, מאשר את המודל המכוון-Ficreative של מתכתי, כגון מקודמת, כגון מתכת-FM-Fals.

שיטות עתידיות וטכנולוגיות מתפתחות

תחום ניתוח שרשרת פולימרים ממשיך להתפתח.כמה מגמות מתעוררות מבטיחות יכולות גדולות עוד יותר בשנים הקרובות.

High- Throughput and Automated Characterization

סינתזה מודרנית של ספריות פולימריות דורשות דיפלומה מהירה.תקני SAXS מיקרופלודיים בשילוב עם טיפול מדגם אוטומטי יכולים כעת לרכוש פיזור פרופילים עבור מאות דגימות לשעה. בדומה, פלטפורמות AFM מבוססי SMFS אוטומטית מסך אלפי מולקולות מדי יום, יצירת נתונים חזקים סטטיסטית על מכניקה.

ניתוח Situ and Operando

ניטור בזמן אמת של תצורה שרשרת במהלך עיבוד - כגון extrusion, הזרקת עובש, או הדפסה 3D - נשאר אתגר גדול. Neutron מפוזר עם מקורות ניידים ו rheometers מיניאטורה מפותחת עבור הדמיה באינטרנט. Raman spectroscopy באמצעות סיבים אופטיים ניתן להכניס לתוך extruders כדי לעקוב אחר אוריינטציה ו גבישי במהלך עיבוד כזה.

אינטגרציה רב-טכנית

אף טכניקה אחת אינה מספקת מידע מלא.המגמה היא שילוב שיטות משלימות על אותו כלי או מדגם.לדוגמה, שילוב AFM-IR (מיקרוסקופית כוח אטומי עם ספקטרום אינפרא-אדום) מפות הן טופוגרפיה והן ההרכב הכימי ב nanoscale, חשיפת הפרדת שרשרת בתערובת. SAXS ופיזור אור יכול להיות יחד עם rheology כדי לחקור תצורה מושרה של נתונים.

אינטליגנציה מלאכותית והטרדה של מידע מסובך

שיטות הפוכה שמשחזרות תצורה של חלל אמיתי מפיזור נתונים מובנות על ידי למידה עמוקה.רשתות עצביות יוצרות מאומן על הרכבים גדולים של תצורה שרשרת מסימולציות יכולות לחזות את המבנה 3D הסביר ביותר עקבי עם דפוס SAXS נתון. גישות אלה על ידי לעקוף מודל מסורתי מתאים, המאפשר ניתוח של מערכות לא-קליקוביות או מערכות heterogene.

אלקטרו-אר-טנא מיקרוסקופיה

מיקרוסקופיה אלקטרונית אולטרה-ארוחת (UEM) משתמשת דופקי לייזר של העובר השני כדי ליצור הדופק אלקטרוני שלוכד תנועה אטומית.למרות עדיין מתפתח עבור פולימרים, UEM יש פוטנציאל לדמיין שינויים תואמים שרשרת במהלך התגובות, כגון photoisomerization של פולימרים המכילים azobenzene- המכיל פולימרים, עם רזולוציה sub-picoII.

מסקנה

ערכת הכלים האנליטית לחקר תצורות שרשרת פולימרים התרחבה באופן דרמטי מן הימים המוקדמים של פיזור אור ו chromatography. Single-molecule כוח spectroscopy, נויטרונים ו- X-ray פיזור טכניקות, מיקרוסקופית Cryo-electron, מיקרוסקופית מוצקה NMR, וספקת ספקטרום מתקדם של מולקולה מפורטת, ישירה של התנהגות אלה אינם רק מתקדמים יותר מתקדמות של טכנולוגיות מתמטיות של חומר מתמטית, אלא גם כן, אלא גם חומרים מתמטיים של שיטות למידה מתמטית, אלא גם כן, אלא גם כן, אלא גם חומרים מתמטית, אלא גם שיטות בקרה מתקדמות יותר, אלא גם שיטות בקרה מגנטיות יותר.

(ב) ◄ [13]

  • (ב) טבע מבקר כימיה - יחיד-מולקולי של פולימרים
  • (ב) ,0) ביקורות שטותיות - פיזור קטן במדעי פולימרומברלי 1
  • (ב) [ה]ה'אול: "הידע של מכונות" (אנ')
  • (ב) [15] ,(א) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇