Neutron Scattering Teknikleri Çalışmak için Polimer Zinciri Ambalaj ve Morpholoji

Polimer Araştırmasında Neutron Scattering'e Giriş

Polimer malzemelerin yapısını moleküler düzeyde anlamak, makroskobusal özelliklerini tertemizleştirmek için önemlidir. Son on yıllar boyunca, nötron saç teknikleri, paketlemeyi, ve polimer zincirlerinin dinamiklerini incelemek için vazgeçilmez araçlar olarak ortaya çıktı. X-rays veya elektronların aksine, nötronların hassas organik örneklerle ilgili derin bir penetrasyonu ayırarak etkileşime girebilmeleri için gereklidir.

Neutron Scattering

Neutron Maddelerle Etkileşimler

Neutrons, bir protonunkine benzer bir kütleye sahip olmayan parçacıklardır. Güçlü nükleer güçle atomik çekirdeklerle etkileşime girebilirler ve manyetik anlarla donatılmış elektronların değiştirilmesiyle karşı karşıya kalabilirler. Çoğu polimer çalışmaları için, nükleer etkileşimler hakimdir. Çünkü saç uzunluğu ( etkileşimi güçlendiricidir) düzensiz olarak farklılıklar gösterir[Döneticileri ve hatta isotopes’lar, bilim insanları, atomik atomik altkuruluşları kullanarak modern bilim dallarının yerini alır.

Inelastic Scattering karşı

Neutron saç deneyleri, elastik veya inelastic olarak geniş ölçüde sınıflandırılmaktadır. elastik saçlarda, nötronlar numune ile enerji değildir, bu yüzden dalgalar değişmemiştir.Bu mod statik yapısal özellikler, atomların düzenlenmesi veya makromolecules geometrisi gibi. Inelastic saç telleri içerir, moleküler hareketler, titreşimler ve difüzyon hakkında bilgi sağlar.

Neden Neutronlar Polimerler için?

Çeşitli özellikler, nötron'u polimer karakterizasyonu için diğer problara üstün hale getirir:

Anahtar Neutron Polimer Morpholoji için Scattering Teknikleri

Küçük Bir Şeyden Neutron Scattering (SANS)

[FONT:0]SANS[DÜDÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜŞÜNÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞ

Polimer çözümleri için, SANS, HES'nin (Rg) bazı temelleri kullanarak, ideal zincir istatistiklerinin doğrudan kanıtlarını kullanarak, ekin çemberleri (Q) = I (Q2Rg2/3)[Döneticiler ve konsantre çözümler) düşük Q. Bazlı bölgelerden alınan ve konsantre olmayan bir alan yapısı ile eşanlamlı sistemler arasındaki yarı iletkenler arasındaki temelleri ortaya koyar.

Geniş bir Angle Neutron Scattering (WANS)

[FONT=0)WANS[DÜDÜDÜDÜDÜDÜSÜŞÜNÜSÜŞÜNÜSÜŞÜNÜSÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜNÜŞÜN

Neutron Reflectometry (NR)

İnce filmler ve arayüzler için, [[0)neutron reflektometre[Döneticileri 1 ), alt-nanometre kararları ile uzun yoğunluk profillerine derinlikten bağımlı saçılma profilleri sunar.Bir polimer filmi çok katmanlı yapılarda depolanır ve yansımalı bir optik yoğunluğu ölçerek, araştırmacılar yüzeye kompozisyon profilini silebilirler. NR özellikle polimer adsorpsiyonları incelemek için güçlüdür.

Zaman-Flight (TOF) ve Triple-Axis Spectrometreler

Çoğu statik yapı çalışmaları reaktör kaynaklarına monokromatik kirişler kullanıyor olsa da, ESRAT:0) Zaman zaman ışığı [Dönüşük kaynaklarda 1 tane araçlar (örneğin, ISIS, SNS veya J-PARC) geniş bir Q aralığına sahip elastik taramalar yapabilir ve aynı zamanda kristalleşme veya faz ayırma gibi polimer deneyleri için idealdir.

Polimer Zinciri Ambalajı

Zincir Kısıtlama ve Radius Çin

Neutroning, polimer zincirlerinin toplu durumda nasıl paketlendiğini doğrudan bir ölçü sunar.Bu deney, bir hidrojenli matrixte (veya tersi), SANS, tek zincirlerden saçılmayı izole edebilir - örneğin, ideal davranıştan elde edilen teknik, örneğin, yarı yarıya indirilmiş bir geometriye itaat eden, jantrasyonel istatistike uymayan bir zincirle ilgili olarak, Rg ölçeklendirmek için.

Kristal ve Amorphous Order

Yarı kristal polimerlerde, zincirler morfiyal tabakalar tarafından ayrılmış olan lamellae girerler. lamellar kalınlığı (tipik olarak 5-50 nm) özellikle de SANS (veya SAXS) deseni ile belirlenir, çünkü yerli morfolojiyi korumak veya başka bir şekilde ifade etmek için.

Zincir Oryantasyon ve Kristallik

Oryantasyon Dağıtımı

Polimerler işlenirken (örneğin, fiber roll, film veya enjeksiyon kalıplama) tarafından yapılır, moleküler zincirler, kristalin yönü boyunca tercih edilir.Bir iki boyutlu dektör ile birlikte bir araya gelen WANS, kristalin yansımalarının dağılımını ölçebilir, çünkü saçılma yüzey tarafından yönetilemez ve yönlendiriciler doğrulanabilir.

Kristallinity Derecesi

Polimer malzemesinin bir polimerdeki kısmı doğrudan mekanik güç, bariyer özellikleri ve termal stabiliteyi etkiler.Her iki WANS ve SANS kristalliği tahmin edebilir: WANSFLT:0)Yerel yüksekliğe sahip olan tümleşik yoğunlukları karşılaştırır) Doğal tedaviler sırasında, gerçek zamanlı olarak kristalleştirme yöntemine göre ölçümler sağlar.

Morphology Kompleks Sistemlerinde Belirlenme

Block Copolimers

Blok kopolimers kendini sipariş edilen nanoyapılar (lamellae, silindirler, gyroidler, küreler) hacimsel kesik ve etkileşim parametresi[Dönlendirmeler kullanılarak, bu morfolojileri karakterize etmek için altın standarttır: prensip saçılma profili, daha yüksek siparişler (eğer mevcutsa) uzun vadeli sıralamalarda ortaya çıkabilir.Q4'den elde edilen arayüzler için (Q4)

Polimer Nanocompositler

Neutron saçı nanoparçacıkların dağılımını incelemek için giderek daha fazla kullanılır (örneğin, nanoparçacıkların, polimer matriklerin yarığını ve polimer tabakalarının uzun yoğunluğunu eşleştirerek, bu bilgiler nanokomünasyon mekanizmaları ve optimize etmek için kritiktir.

Biopolimers ve Yumuşak Malzemeler

Doğal kaynaklardan elde edilen polimerler - hücreli, proteinler ve nişasta gibi - karmaşık hiyerarşik yapılara sahiptir. Neutron, hücreli nano kristallerin sıkıştırılması [Düzücükler, D2O vs. H2O) gibi, ikincil yapıya ve termal denaturasyona ilişkin öngörüler ortaya koyar. Örneğin, SANS, hidroksit nano kristallerin hidroksitlerin değiştirilebilir çözümlerinin klübünü ortaya çıkarır.

Data Interpretation and Modeling

Form Faktör ve Yapı Faktörü

Çoğu SANS deneylerinde, ölçülen dağınık yoğunluk, [Q) ürüne orantılıdır:0)form faktörü) P(Q) - ve form faktörü, vektörler için denklemleri kullanarak modellenebilir - ve kullanılabilir.(Q)-daha yüksek çözünürlükte bulunan modeller için bir yapı oluşturabilir.

Contrast Variation and Labeling Strategies

Seçilmiş deuterasyon ile kontrastı manipüle etme yeteneği, tipik bir deneyde, farklı deuterasyon seviyelerindeki bir dizi örnek ölçülmektedir ve bu yaklaşım, bireysel bileşenlerden gelen katkılara yol açmaktadır. - bir fazdan veya arayüzlerden gelen bir parçadan veya daha sofistike bir şekilde aktarılabilir.

Mutlak Intensity ve Invariants

Neutron saçılma verileri mutlak bir ölçeke (cm-1) katlibrated (örneğin, su, kullanım süresi) yerleştirilebilir.Bu, SANS ve WANS verilerini geniş bir Q aralığında birleştirerek, araştırmacılar atomik mesafelerden mikrometer-öldürülebilir bir yapısal resim yeniden inşa edebilir.

Pratikler ve Olanaklar

Neutron Kaynakları

Neutron saç deneyleri büyük ölçekli tesislere erişim gerektirir: ya nükleer bir reaktör (örneğin, Yüksek Flux Isotope Reaktör, ORNL, Institut Laue-Langevin, Fransa'daki FRM II veya FRM II) veya spallasyon kaynağı (örneğin Oak Ridge Spallation Neutron Kaynağı, İngiltere'de ISIS Neutron ve Muon Kaynağı veya Avrupa Spallation Source, ya da şu anda inşaatın altında) için optimize edilmiş bir araç sunar.

Örnek Hazırlık ve Deuterasyon

Yüksek kaliteli SANS veya WANS verileri için, örnekler kontrollü boyutlarda ve deuterasyon ile yapılmalıdır. Bulk polimerler disklere veya filmlere basılabilir. Solutions genellikle arka plandaki saçılma ile ölçülür..Ücretsiz pencereler ile ölçülür.()))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))

Future Yol Tarifi

Yüksek kaliteli kaynaklar ve Zaman Çözülmüş Çalışmalar

Yeni nesil spallasyon kaynakları (örneğin, Avrupa Spallation Source) gerçek zamanlı olarak yüksek flux sipariş verecek, zaman kaynaklı deneylerin alt saniyelik zaman ölçeklerde çözülmesine izin verecek.Bu, araştırmacıların UV-kullanabilmelerine izin verecek:0) Gözlemci polimer kristalizasyon, faz ayrılması veya reaksiyon kinetiği, bugün erişilemez bir polimer işlemi için daha güçlü bir araç olacaktır.

Diğer Tekniklerle Kombine Kullanımı

Örneğin, nötron saçılmalarından gelen yapısal bilgiler X-ray saçlarından elde edilen sonuçlarla en güçlüdür, elektron mikroskobu, calorimetri ve moleküler simülasyonlar. Örneğin,ING:0)) Gürültülü SANS ve SAXS), atomistik dalgalanmalar ve kompozisyonel dalgalanmalar arasında ayrımcılığa ve ayrımcılığa olanak sağlar. C ⁇ yöntemleri, Monte Carlo veya koarse-grained moleküler dinamikler gibi, saçılma kalıplarının deneysel verilere uydurulmuş model yapıları üretebilir, atomistik-düzelteçilebilir.

Data Analysis

Polimer sistemlerinin artan karmaşıklığı ve modern dedektörlerin ürettiği büyük veri kümeleri, polimer-property ilişkilerinin gelişimini teşvik etti.0)makla öğrenme algoritmaları), uygun miktarda veri taraması için vaat ediyor. Neural ağları hızla morfoloji (demeller, silindirik, gyroid)

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Neutron, Neutron tekniklerinin -özellikle de SANS, WANSSIS ve reflektif ölçüm ile birlikte - atomikten mikro-metre ölçeklerini gerçekçi ortamlarda çözmenin temel özelliklerini doğrulayarak, nanoyapılı blok kopolitiği ve nanokomünatörler için özel hassasiyetler sunar.