910 resultados para Thermally Induced Phase Separation
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Uniform thin-films of polymer blends can be produced through spin-coating, which is used on an industrial scale for the production of light emitting diodes, and more recently organic photovoltaic devices. Here, we present the results of the direct observation, and control, over the phase separation of polystyrene and poly(9,9′-dioctylfluorene) during spin-coating using high speed stroboscopic fluorescence microscopy. This new approach, imaging the fluorescence, from a blend of fluorescent + non-fluorescent polymers allows for intensity to be directly mapped to composition, providing a direct determination of composition fluctuations during the spin-coating process. We have studied the compositional development and corresponding structural development for a range of compositions, which produce a range of different phase separated morphologies. We initially observe domains formed by spinodal decomposition, coarsening via Ostwald Ripening until an interfacial instability causes break-up of the bicontinuous morphology. Ostwald ripening continues, and depending upon composition a bicontinuous morphology is re-established. By observing compositional and morphological development in real-time, we are able to direct and control morphological structure development through control of the spin coating parameters via in situ feedback. © 2013 The Royal Society of Chemistry.
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Les macrolactones sont des squelettes structuraux importants dans de nombreuses sphères de l’industrie chimique, en particulier dans les marchés pharmaceutiques et cosmétiques. Toutefois, la stratégie traditionnelle pour la préparation de macrolactones demeure incommode en requérant notamment l’ajout (super)stœchiométrique d’agents activateurs. Conséquemment, des quantités stœchiométriques de sous-produits sont générées; ils sont souvent toxiques, dommageables pour l’environnement et nécessitent des méthodes de purification fastidieuses afin de les éliminer. La présente thèse décrit le développement d’une macrolactonisation efficace catalysée au hafnium directement à partir de précurseurs portant un acide carboxylique et un alcool primaire, ne générant que de l’eau comme sous-produit et ne nécessitant pas de techniques d’addition lente et/ou azéotropique. Le protocole a également été adapté à la synthèse directe de macrodiolides à partir de mélanges équimolaires de diols et de diacides carboxyliques et à la synthèse de dimères tête-à-queue de seco acides. Des muscs macrocycliques ainsi que des macrolactones pertinentes à la chimie médicinale ont pu être synthétisés avec l’approche développée. Un protocole pour l’estérification directe catalysée au hafnium entre des acides carboxyliques et des alcools primaires a aussi été développé. Différentes méthodes pour la macrolactonisation catalytique directe entre des alcools secondaires et des acides carboxyliques ont été étudiées. En outre, la stratégie de séparation de phase en macrocyclisation en débit continu a été appliquée lors de la synthèse totale formelle de la macrolactone ivorenolide A. Les étapes-clés de la synthèse incluent une macrocyclisation par le couplage d’alcynes de Glaser-Hay et une réaction de métathèse d’alcènes Z-sélective.
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Les macrolactones sont des squelettes structuraux importants dans de nombreuses sphères de l’industrie chimique, en particulier dans les marchés pharmaceutiques et cosmétiques. Toutefois, la stratégie traditionnelle pour la préparation de macrolactones demeure incommode en requérant notamment l’ajout (super)stœchiométrique d’agents activateurs. Conséquemment, des quantités stœchiométriques de sous-produits sont générées; ils sont souvent toxiques, dommageables pour l’environnement et nécessitent des méthodes de purification fastidieuses afin de les éliminer. La présente thèse décrit le développement d’une macrolactonisation efficace catalysée au hafnium directement à partir de précurseurs portant un acide carboxylique et un alcool primaire, ne générant que de l’eau comme sous-produit et ne nécessitant pas de techniques d’addition lente et/ou azéotropique. Le protocole a également été adapté à la synthèse directe de macrodiolides à partir de mélanges équimolaires de diols et de diacides carboxyliques et à la synthèse de dimères tête-à-queue de seco acides. Des muscs macrocycliques ainsi que des macrolactones pertinentes à la chimie médicinale ont pu être synthétisés avec l’approche développée. Un protocole pour l’estérification directe catalysée au hafnium entre des acides carboxyliques et des alcools primaires a aussi été développé. Différentes méthodes pour la macrolactonisation catalytique directe entre des alcools secondaires et des acides carboxyliques ont été étudiées. En outre, la stratégie de séparation de phase en macrocyclisation en débit continu a été appliquée lors de la synthèse totale formelle de la macrolactone ivorenolide A. Les étapes-clés de la synthèse incluent une macrocyclisation par le couplage d’alcynes de Glaser-Hay et une réaction de métathèse d’alcènes Z-sélective.
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This paper presents a systematic study for the production of poly(vinylidene fluoride-hexafluoropropylene), P(VDF-HFP), porous films using solvent evaporation (SE) and non-solvent induced phase separation (NIPS) techniques. Parameters such as volume fraction of the copolymer solution, film thickness, time exposure to air, non-solvent and temperature of the coagulation bath were investigated on the morphology, crystallization and mechanical properties of the samples. Films with different porous morphologies including homogeneous pore sizes, macrovoids and spherulites were obtained depending on the processing conditions, which in turn affect the wettability and mechanical properties of the material. Knowing that the phase content of the films also depends on the processing conditions, this paper shows that P(VDF-HFP) films with tailored porous morphology, electroactive phase content, hydrophobicity, cristallinity and mechanical properties can be achieved for a specific application using the adequate SE and NIPS techniques conditions.
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A systematic study for the production of porous poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene), P(VDF-TrFE), films using solvent evaporation and non-solvent induced phase separation techniques is presented. Processing parameters such as copolymer volume fraction, solvent, preset exposure time to air before immersion, and non-solvent and temperature of the coagulation bath were varied and the corresponding sample morphology, hydrophobicity, thermal and mechanical properties were determined. Film morphologies including homogeneous pore distributions, micropores, microvoids, spherulites and non-porous films were obtained. The morphology variations strongly influence sample hydrophobicity and mechanical properties. All samples crystallize in the electroactive β-phase with a degree of crystallinity around 30 %.
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Dissertação de mestrado em Biofísica e Bionanossistemas
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The interactions between hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) and poly(acrylic acid) (PAA) as well as poly(methacrylic acid) (PMMA) resulting in formation of hydrophobic interpolymer complexes (IPC) via hydrogen bonding have been studied in aqueous solutions in acidic medium. The formation of IPC of two different compositions (2:1 and 4:1) has been detected for complexes of PAA and HPMC. The critical pH values for complexation of HPMC with PAA and PMAA were determined by the turbidimetric method. It was found that PAA shows the lower complexation ability compared to PMAA due to the more hydrophobic nature of the latter polyacid. The temperature-induced phase separation in HPMC-PAA solution mixtures depends greatly on the components ratio and PAA molecular weight. The complexation ability of hydroxypropylmethylcellulose with respect to poly(acrylic acid) was found to be similar to the complexation ability of methylcellulose, lower than that of hydroxypropylcellulose and higher than that of hydroxyethylcellulose. (c) 2006 Society of Chemical Industry.
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The surface activity of salts added to water is Air orders of magnitude lower than that of surfactants. Sodium trifluoromethanesulfonate (NaTf) produced a change in surface tension. with concentration, Delta gamma/Delta c, of -13.2 mN.L/m.mol. This value is ca. 4-fold larger than those of simple salts and that of methanesulfonate. This unexpected surface effect suggested that positively charged micelles containing Tf could exhibit interesting properties. Dodecyltrimethylammonium triflate (DTATf) had a higher Kraft temperature (37 degrees C) and a lower cmc (5 x 10(-3)M) and degree of dissociation (0.11) than the chloride and bromide salts of DTA. Above the Kraft temperature, at a characteristic temperature t(1), the addition of NaTf above 0.05 M. to a DTATf solution induced phase separation. By increasing the temperature of the two-phase system to above t(1), a homogeneous, transparent solution was obtained at a characteristic temperature t(2). These results, together with well-known triflate properties, led us to suggest that the Tf ion pairs With DTA and that the -CF(3) group may be dehydrated in the interfacial region, resulting in new and interesting self-aggregated structures.
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Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Phasenverhalten von Polyethylen (PE) in nicht-reaktiven und in reaktiven Systemen. Von drei eng verteilten Polyethylenen (Mw = 6,4, 82 bzw. 380 kg/mol) in n-Hexan sowie für das System 2,2-Dimethylbutan / PE 82 wurde die Entmischung in Abhängigkeit von der Zusammensetzung, dem Druck und der Temperatur experimentell bestimmt. Die Modellierung der Trübungskurven erfolgte nach der Theorie von Sanchez und Lacombe. Dieser Ansatz beschreibt die Ergebnisse qualitativ und kann in einem engen Temperatur- und Druckbereich für gegebenes Molekulargewicht die kritische Temperatur und den kritischen Druck quantitativ vorhersagen. Durch Extrapolation der kritischen Temperatur der verschiedenen Lösungen von PE in n-Hexan auf unendliches Molekulargewicht nach Shultz-Flory wurde im Druckbereich von 20 bis 100 bar und im Temperaturbereich von 130 bis 200 °C eine Grenzlinie bestimmt. Diese Linie trennt unabhängig vom Molekulargewicht des Polymers und der Zusammensetzung der Mischung das Zweiphasengebiet vom homogenen Bereich. Im Fall des Mischlösungsmittels n-Hexan / 2,2-Dimethylbutan wurde für eine annähernd kritische Polymerkonzentration die Abhängigkeit der Entmischungsbedingungen von der Zusammensetzung untersucht. Durch einfache Erweiterung der Sanchez-Lacombe-Theorie und Einführen eines Fitparameters konnte das ternäre System beschrieben werden. An einer breit verteilten PE-Probe wurden Experimente zur Fraktionierung von PE in n-Hexan durchgeführt. Die Analyse der in den koexistenten Phasen enthaltenen Polymere lieferte Informationen über die Konzentration und die Molekulargewichtsverteilung des PE in diesen Phasen sowie die kritische Zusammensetzung der Mischung. Von verschiedenen PE-Lösungen (Mw = 0,5 kg/mol) wurde die polymerisationsinduzierte Phasenseparation in Isobornylmethacrylat mit und ohne Vernetzer untersucht. Mit 15 Gew.-% PE und in Abwesenheit von Vernetzer findet die Entmischung erst bei hohen Umsätzen statt. Die Charakterisierung der resultierenden Proben zeigte, dass sich etwas mehr als 5 Gew.-% PE im Polyisobornylmethacrylat lösen. Die Glasübergangstemperaturen der Polymermischungen steigen mit steigender Vernetzer- und sinkender Polyethylenkonzentration. Bei Proben mit 15 Gew.-% PE zeigte sich folgendes: 5 Gew.-% Vernetzer führen zu großen PE-Bereichen (150 - 200 nm) in der Matrix und der Kristallinitätsgrad ist gering. Bei der Polymermischung mit 10 Gew.-% Vernetzer bilden sich sehr kleine Polyethylenkristalle (< 80 nm) und der Kristallinitätsgrad ist hoch. Ohne Vernetzer hängt der Kristallinitätsgrad - wie bei reinem PE - von der Abkühlrate ab, mit Vernetzer ist er von ihr unabhängig.
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Research on thin nanostructured crystalline TiO2 films has attracted considerable interests because of their intriguing physical properties and potential applications in photovoltaics. Nanostructured TiO2 film plays an important role in the TiO2 based dye-sensitized solar cells because they act as a substrate for the adsorption of dye molecules and a matrix for the transportation of electrons as well. Thus they can influence the solar cell performance significantly. Consequently, the control of the morphology including the shape, size and size distribution of the TiO2 nanostructures is critical to tune and optimize the performance of the solar cells. To control the TiO2 morphology, a strategy using amphiphilic block copolymer as templating agent coupled with sol-gel chemistry has been applied. Especially, a good-poor solvent pair induced phase separation process has been developed to guide the microphase separation behavior of the block copolymers. The amphiphilic block copolymers used include polystyrene-block-poly (ethylene oxide) (PS-b-PEO), poly (methyl methacrylate)-block-poly (ethylene oxide) (PMMA-b-PEO), and poly (ethylene oxide)-block-polystyrene-block-poly (ethylene oxide) (PEO-b-PS-b-PEO). The block copolymer undergoes a good-poor-solvent pair induced phase separation in a mixed solution of 1, 4-dioxane or N, N’-dimethyl formamide (DMF), concentrated hydrochloric acid (HCl) and Titanium tetraisopropoxide (TTIP). Specifically, in the system of PS-b-PEO, a morphology phase diagram of the inorganic-copolymer composite films was mapped by adjusting the weight fractions among 1, 4-dioxane, HCl, and TTIP in solution. The amorphous TiO2 within the titania-block copolymer composite films was crystallized by calcination at temperatures above 400C, where the organic block copolymer was simultaneously burned away. This strategy is further extended to other amphiphilic block copolymers of PMMA-b-PEO and PEO-b-PS-b-PEO, where the morphology of TiO2 films can also be controlled. The local and long range structures of the titania films were investigated by the combination of imaging techniques (AFM, SEM) and x-ray scattering techniques (x-ray reflectivity and grazing incidence small-angle x-ray scattering). Based on the knowledge of the morphology control, the crystalline TiO2 nanostructured films with different morphologies were introduced into solid state dye-sensitized solar cells. It has been found that all of the morphologies help to improve the performance of the solar cells. Especially, clustered nanoparticles, worm-like structures, foam-like structures, large collapsed nanovesicles show more pronounced performance improvement than other morphologies such as nanowires, flakes, and nanogranulars.
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Die Zielsetzung der Arbeit besteht darin, neue Ansätze zur Herstellung strukturierter Kompositpartikel in wässrigem Medium zu entwickeln, welche als die Bildung genau definierter heterogener Strukturen in Kolloidsystemen angesehen werden können. Im Allgemeinen wurden zwei verschiedene Herangehensweisen entwickelt, die sich aufgrund des Ursprungs der gebildeten heterogenen Strukturen unterscheiden: Heterogenität oder Homogenität. Der Erste Ansatz basiert auf der Aggregation heterogener Phasen zur Bildung strukturierter Kolloidpartikel mit Heterogenität in der zugrunde liegenden Chemie, während der Zweite Ansatz auf der Bildung heterogener Phasen in Kolloidpartikeln aus homogenen Mischungen heraus durch kontrollierte Phasenseparation beruht.rnIm Detail beschäftigt sich der erste Teil der Dissertation mit einer neuen Herstellungsmethode für teilkristalline Komposit-Kolloidpartikel mit hoher Stabilität basierend auf der Aggregation flüssiger Monomertropfen an teilkristalline Polyacrylnitrilpartikel. Nach der Aggregation wurden hochstabile Dispersionen bestehend aus strukturierten, teilkristallinen Kompositpartikeln durch freie radikalische Polymerisation erhalten, während ein direktes Mischen der PAN Dispersionen mit Methacrylat-Polymerdispersionen zur unmittelbaren Koagulation führte. In Abhängigkeit von der Glastemperatur des Methacrylatpolymers führt die anschließende freie radikalische Polymerisation zur Bildung von Rasberry oder Kern-Schale Partikeln. Die auf diese Weise hergestellten Partikel sind dazu in der Lage, kontinuierliche Filme mit eingebetteten teilkristallinen Phasen zu bilden, welche als Sauerstoffbarriere Anwendung finden können.rnDer zweite Teil der Dissertation beschreibt eine neue Methode zur Herstellung strukturierter Duroplast-Thermoplast Komposit-Kolloidpartikel. Die Bildung eines Duroplastnetzwerks mit einer thermoplastischen Hülle wurde in zwei Schritten durch verschiedene, separate Polymerisationsmechanismen erreicht: Polyaddition und freie radikalische Polymerisation. Es wurden stabile Miniemulsionen erhalten, welche aus Bisphenol-F basiertem Epoxidharz, Phenalkamin-basiertem Härter und Vinlymonomere bestehen. Sie wurden durch Ultraschall mit nachfolgender Härtung bei verschiedenen Temperaturen als sogenannte Seed-Emulsionen hergestellt. Weitere Vinylmonomere wurden hinzugegeben und nachfolgend polymerisiert, was zur Bildung von Kern-Schale, beziehungsweise Duroplast-Thermoplast Kolloidpartikeln führte. Dabei findet in beiden Fällen zwischen der duroplastischen und der thermoplastischen Phase eine chemisch induzierte Phasenseparation statt, welche essenziell für die Bildung heterogener Strukturen ist. Die auf diese Weise hergestellten Kompositpartikel sind dazu in der Lage, transparente Filme zu bilden, welche unter geeigneten Bedingungen deutlich verbesserte mechanische Eigenschaften im Vergleich zu reinen Duroplastfilmen bereitstellen.rn
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The in vitro and in vivo degradation properties of poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) scaffolds produced by two different technologies-therm ally induced phase separation (TIPS), and solvent casting and particulate leaching (SCPL) were compared. Over 6 weeks, in vitro degradation produced changes in SCPL scaffold dimension, mass, internal architecture and mechanical properties. TIPS scaffolds produced far less changes in these parameters providing significant advantages over SCPL. In vivo results were based on a microsurgically created arteriovenous (AV) loop sandwiched between two TIPS scaffolds placed in a polycarbonate chamber under rat groin skin. Histologically, a predominant foreign body giant cell response and reduced vascularity was evident in tissue ingrowth between 2 and 8 weeks in TIPS scaffolds. Tissue death occurred at 8 weeks in the smallest pores. Morphometric comparison of TIPS and SCPL scaffolds indicated slightly better tissue ingrowth but greater loss of scaffold structure in SCPL scaffolds. Although advantageous in vitro, large surface area:volume ratios and varying pore sizes in PLGA TIPS scaffolds mean that effective in vivo (AV loop) utilization will only be achieved if the foreign body response can be significantly reduced so as to allow successful vascularisation, and hence sustained tissue growth, in pores less than 300 mu m. (C) 2005 Elsevier Ltd. All rights reserved.
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Many Prussian Blue Analogues are known to show a thermally induced phase transition close to room temperature and a reversible, photo-induced phase transition at low temperatures. This work reports on magnetic measurements, X-ray photoemission and Raman spectroscopy on a particular class of these molecular heterobimetallic systems, specifically on Rb0.81Mn[Fe(CN)6]0.95_1.24H2O, Rb0.97Mn[Fe(CN)6]0.98_1.03H2O and Rb0.70Cu0.22Mn0.78[Fe(CN)6]0.86_2.05H2O, to investigate these transition phenomena both in the bulk of the material and at the sample surface. Results indicate a high degree of charge transfer in the bulk, while a substantially reduced conversion is found at the sample surface, even in case of a near perfect (Rb:Mn:Fe=1:1:1) stoichiometry. Thus, the intrinsic incompleteness of the charge transfer transition in these materials is found to be primarily due to surface reconstruction. Substitution of a large fraction of charge transfer active Mn ions by charge transfer inactive Cu ions leads to a proportional conversion reduction with respect to the maximum conversion that is still stoichiometrically possible and shows the charge transfer capability of metal centers to be quite robust upon inclusion of a neighboring impurity. Additionally, a 532 nm photo-induced metastable state, reminiscent of the high temperature Fe(III)Mn(II) ground state, is found at temperatures 50-100 K. The efficiency of photo-excitation to the metastable state is found to be maximized around 90 K. The photo-induced state is observed to relax to the low temperature Fe(II)Mn(III) ground state at a temperature of approximately 123 K.
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Interference lithography can create large-area, defect-free nanostructures with unique optical properties. In this thesis, interference lithography will be utilized to create photonic crystals for functional devices or coatings. For instance, typical lithographic processing techniques were used to create 1, 2 and 3 dimensional photonic crystals in SU8 photoresist. These structures were in-filled with birefringent liquid crystal to make active devices, and the orientation of the liquid crystal directors within the SU8 matrix was studied. Most of this thesis will be focused on utilizing polymerization induced phase separation as a single-step method for fabrication by interference lithography. For example, layered polymer/nanoparticle composites have been created through the one-step two-beam interference lithographic exposure of a dispersion of 25 and 50 nm silica particles within a photopolymerizable mixture at a wavelength of 532 nm. In the areas of constructive interference, the monomer begins to polymerize via a free-radical process and concurrently the nanoparticles move into the regions of destructive interference. The holographic exposure of the particles within the monomer resin offers a single-step method to anisotropically structure the nanoconstituents within a composite. A one-step holographic exposure was also used to fabricate self- healing coatings that use water from the environment to catalyze polymerization. Polymerization induced phase separation was used to sequester an isocyanate monomer within an acrylate matrix. Due to the periodic modulation of the index of refraction between the monomer and polymer, the coating can reflect a desired wavelength, allowing for tunable coloration. When the coating is scratched, polymerization of the liquid isocyanate is catalyzed by moisture in air; if the indices of the two polymers are matched, the coatings turn transparent after healing. Interference lithography offers a method of creating multifunctional self-healing coatings that readout when damage has occurred.