पॉलीमर का प्रकीर्णन और सूक्ष्मदर्शी

प्रकाश, एक्स-रे और न्यूट्रॉन का प्रकीर्णन शृंखला आयामों, क्रिस्टलीयता और नैनोसंरचना की जांच करता है, जबकि सूक्ष्मदर्शी सीधे पॉलीमर आकृति विज्ञान को चित्रित करता है, जो एकल शृंखला से लेकर थोक तक की संरचना को एक साथ हल करता है।

Definition

पॉलीमर का प्रकीर्णन और सूक्ष्मदर्शी वे लक्षण वर्णन विधियाँ हैं जो विकिरण (प्रकाश, एक्स-रे, न्यूट्रॉन) के विक्षेपण या प्रत्यक्ष इमेजिंग का उपयोग शृंखला आयामों, क्रिस्टलीय क्रम की डिग्री और ज्यामिति, और पॉलीमर ठोस और मिश्रणों के आकृति विज्ञान को निर्धारित करने के लिए करती हैं।

Scope

यह विषय मोलर द्रव्यमान, घूर्णन की त्रिज्या और प्रसार के लिए स्थैतिक और गतिशील प्रकाश प्रकीर्णन को शामिल करता है; क्रिस्टलीयता और लैमेलर रिक्ति के लिए लघु- और विस्तृत-कोण एक्स-रे प्रकीर्णन; पिघली हुई अवस्था में एकल-शृंखला आयामों के लिए ड्यूटेरियम लेबलिंग के साथ लघु-कोण न्यूट्रॉन प्रकीर्णन; और स्फेरुलाइट्स, चरण आकृति विज्ञान और ब्लॉक-कोपॉलीमर नैनोसंरचनाओं के लिए ऑप्टिकल और इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी।

Core questions

• स्थैतिक प्रकाश प्रकीर्णन पूर्ण मोलर द्रव्यमान और घूर्णन की त्रिज्या कैसे देता है?
• क्रिस्टलीय क्रम के बारे में लघु- और विस्तृत-कोण एक्स-रे प्रकीर्णन क्या प्रकट करते हैं?
• ड्यूटेरियम लेबलिंग के साथ न्यूट्रॉन प्रकीर्णन थोक में एकल-शृंखला आयामों को मापने में विशिष्ट रूप से सक्षम क्यों है?
• सूक्ष्मदर्शी स्फेरुलाइट्स, चरणों और नैनोसंरचनाओं को कैसे चित्रित करता है?

Key theories

स्थैतिक प्रकाश प्रकीर्णन (ज़िम विश्लेषण)

प्रकीर्णित तीव्रता की कोणीय और सांद्रता निर्भरता, ज़िम विधि द्वारा विश्लेषण की गई, अंशांकन के बिना भार-औसत मोलर द्रव्यमान, घूर्णन की त्रिज्या और दूसरा विरियल गुणांक प्राप्त करती है।

न्यूट्रॉन प्रकीर्णन में कंट्रास्ट भिन्नता

क्योंकि ड्यूटेरियम और हाइड्रोजन न्यूट्रॉन को बहुत अलग तरीके से बिखेरते हैं, एक हाइड्रोजनयुक्त मैट्रिक्स में ड्यूटेरियम-लेबल वाली शृंखलाओं का एक छोटा अंश अलग से देखा जा सकता है, जिससे थोक अनाकार अवस्था में एक एकल शृंखला के आयामों को मापा जा सकता है और गाऊसी शृंखला सांख्यिकी की पुष्टि की जा सकती है।

Mechanisms

स्थैतिक प्रकाश प्रकीर्णन पूर्ण मोलर द्रव्यमान और शृंखला आकार निकालने के लिए कोण और सांद्रता के विरुद्ध तीव्रता को मापता है, जबकि गतिशील प्रकाश प्रकीर्णन प्रसार गुणांक और हाइड्रोडायनामिक त्रिज्या देने के लिए तीव्रता के उतार-चढ़ाव को मापता है। विस्तृत कोणों पर एक्स-रे प्रकीर्णन क्रिस्टलीय इकाई कोशिकाओं और क्रिस्टलीयता की डिग्री को हल करता है, और छोटे कोणों पर लैमेलर रिक्ति और नैनोफेज आवधिकता को हल करता है। न्यूट्रॉन प्रकीर्णन हाइड्रोजन-ड्यूटेरियम कंट्रास्ट का उपयोग एकल लेबल वाली शृंखलाओं को अलग करने के लिए करता है, यह पुष्टि करते हुए कि पिघली हुई अवस्था में शृंखलाएं यादृच्छिक-कुंडल आयामों को अपनाती हैं। क्रॉस पोलराइज़र के तहत ऑप्टिकल सूक्ष्मदर्शी स्फेरुलाइट्स को प्रकट करता है, और इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी चरण आकृति विज्ञान और स्व-संयोजित नैनोसंरचनाओं को चित्रित करता है।

Clinical relevance

ये विधियाँ गुणों के पीछे संरचनात्मक तथ्य प्रदान करती हैं: पूर्ण मोलर द्रव्यमान और शृंखला आयाम अन्य तकनीकों को मान्य करते हैं; क्रिस्टलीयता और लैमेलर रिक्ति कठोरता और अवरोधक व्यवहार की व्याख्या करते हैं; और आकृति विज्ञान इमेजिंग झिल्ली और लिथोग्राफी के लिए कठोर मिश्रण, सांस लेने योग्य फिल्मों और नैनोसंरचित ब्लॉक-कोपॉलीमर सामग्री के डिजाइन का मार्गदर्शन करती है।

History

मैक्रोमोलेक्यूल्स के लिए प्रकाश-प्रकीर्णन सिद्धांत 1940 के दशक में डेबी और ज़िम द्वारा विकसित किया गया था, जिससे पूर्ण मोलर द्रव्यमान प्राप्त हुए; 1970 के दशक से ड्यूटेरियम लेबलिंग के साथ लघु-कोण न्यूट्रॉन प्रकीर्णन, डी गेनेस के स्केलिंग विचारों के साथ व्याख्या की गई, ने पुष्टि की कि पिघली हुई शृंखलाएं यादृच्छिक कुंडल हैं, जबकि एक्स-रे प्रकीर्णन और इलेक्ट्रॉन सूक्ष्मदर्शी ने क्रिस्टलीय और चरण-पृथक आकृति विज्ञान को स्पष्ट किया।

Key figures

• Peter Debye
• Bruno Zimm
• Pierre-Gilles de Gennes

Seminal works

• hiemenz2007
• sperling2006

Frequently asked questions

प्रकाश प्रकीर्णन को एक पूर्ण विधि क्यों कहा जाता है?

यह मापी गई प्रकीर्णन और ज्ञात ऑप्टिकल स्थिरांक से सीधे भार-औसत मोलर द्रव्यमान और घूर्णन की त्रिज्या प्राप्त करता है, संदर्भ मानकों के विरुद्ध अंशांकन के बिना, जिससे यह सापेक्ष तकनीकों के लिए एक बेंचमार्क बन जाता है।

एक ठोस पॉलीमर के अंदर एक एकल शृंखला को कैसे मापा जा सकता है?

न्यूट्रॉन हाइड्रोजन और ड्यूटेरियम से बहुत अलग तरीके से बिखरते हैं। एक साधारण हाइड्रोजन-युक्त मैट्रिक्स में कुछ ड्यूटेरियम-लेबल वाली शृंखलाओं को मिलाकर, वे लेबल वाली शृंखलाएं अलग दिखती हैं, इसलिए उनके आकार को घने थोक में भी मापा जा सकता है।