Name: using neutron spin echo resolved grazing incidence scattering to investigate organic solar cell materials
Uploaded: 2014-01-15T13:00:00
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एजेपी को ईपीएसआरसी सॉफ्ट नैनोटेक्नोलॉजी प्लेटफॉर्म ग्रांट ईपी/ई046215/1 द्वारा वित्त पोषित किया गया था । न्यूट्रॉन प्रयोगों को ऑफस्पाक (आरबी 1110285) का उपयोग करने के लिए प्रायोगिक समय के आवंटन के माध्यम से एसटीएफसी द्वारा समर्थित किया गया था।

1. नमूना तैयार करना
<ol><li>सिलिकॉन वेफर्स में 2 रखकर सिलिकॉन सब्सट्रेट्स को साफ करें जो 10 मिनट के लिए ऑक्सीजन प्लाज्मा में 4 मिमी मोटी होती हैं।</li>
	<li>सब्सट्रेट्स पर पहली परत स्पिनकोट<ol>
<li>पॉली (3,4-एथिलेंडिऑक्सी?...

<ol>
	<li>Mezei, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neutron+spin+echo:+A+new+concept+in+polarized+thermal+neutron+techniques.">Neutron spin echo: A new concept in polarized thermal neutron techniques.</a> Zeitschriftf&#252;r Physik A Hadrons Nuclei. 255, 146-160 (1972).</li><li>Falus, P., Vorobiev, A., Krist, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Test+of+a+two-dimensional+neutron+spin+analyzer.">Test of a two-dimensional neutron spin analyzer.</a> Physica B Condens. Matter. Mater. Phys. , 385-386 (2006).</li><li>Ashkar, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamical+theory+calculations+of+spin-echo+resolved+grazing-incidence+scattering+from+a+diffraction+grating.">Dynamical theory calculations of spin-echo resolved grazing-incidence scattering from a diffraction grating.</a> J. Appl. Crystallogr. 43 (3), 455-465 (2010).</li><li>Ashkar, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamical+theory:+Application+to+spin-echo+resolved+grazing+incidence+scattering+from+periodic+structures.">Dynamical theory: Application to spin-echo resolved grazing incidence scattering from periodic structures.</a> J. Appl. Phys. 110 (10), (2011).</li><li>Pynn, R., Ashkar, R., Stonaha, P., Washington, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A.L.,Some+recent+results+using+spin+echo+resolved+grazing+incidence+scattering.">A.L.,Some recent results using spin echo resolved grazing incidence scattering.</a> SERGIS). hysica B Condens. Matter. Mater. Phys. 406 (12), 2350-2353 (2011).</li><li>Ashkar, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spin-Echo+Resolved+Grazing+Incidence+Scattering+(SERGIS)+at+Pulsed+and+CW+Neutron+Sources.">Spin-Echo Resolved Grazing Incidence Scattering (SERGIS) at Pulsed and CW Neutron Sources.</a> J. Phy. Conf. Ser. 251 (1), (2010).</li><li>Vorobiev, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Phase+and+microphase+separation+of+polymer+thin+films+dewetted+from+Silicon-A+spin-echo+resolved+grazing+incidence+neutron+scattering+study.">Phase and microphase separation of polymer thin films dewetted from Silicon-A spin-echo resolved grazing incidence neutron scattering study.</a> J. Phys. Chem. B. 115 (19), 5754-5765 (2011).</li><li>Major, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+spin-echo+resolved+grazing+incidence+scattering+setup+for+the+neutron+interrogation+of+buried+nanostructures.">A spin-echo resolved grazing incidence scattering setup for the neutron interrogation of buried nanostructures.</a> Rev. Sci. Instrum. 80 (12), (2009).</li><li>Parnell, A. J., Dalgliesh, R. M., Jones, R. A. L., Dunbar, A. D. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+neutron+spin+echo+resolved+grazing+incidence+scattering+study+of+crystallites+in+organic+photovoltaic+thin+films.">A neutron spin echo resolved grazing incidence scattering study of crystallites in organic photovoltaic thin films.</a> Appl. Phys. Lett. 102, (2013).</li><li>Dalgliesh, R. M., Langridge, S., Plomp, J., De Haan, V. O., Van Well, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Offspec,+the+ISIS+spin-echo+reflectometer.+hysica+B+Condens..">Offspec, the ISIS spin-echo reflectometer. hysica B Condens..</a> Matter. Mater. Phys. 406 (12), 2346-2349 (2011).</li><li>Krouglov, T., de Schepper, I. M., Bouwman, W. G., Rekveldt, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-space+interpretation+of+spin-echo+small-angle+neutron+scattering.">Real-space interpretation of spin-echo small-angle neutron scattering.</a> J. Appl. Crystallogr. 36, 117-124 (2003).</li><li>Brady, M. A., Su, G. M., Chabinyc, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+progress+in+the+morphology+of+bulk+heterojunctionphotovoltaics.">Recent progress in the morphology of bulk heterojunctionphotovoltaics.</a> Soft Matter. 7 (23), 11065-11077 (2011).</li><li>Huang, Y. -. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Study+of+the+effect+of+annealing+process+on+the+performance+of+P3HT/PCBM+photovoltaic+devices+using+scanning-probe+microscopy..">Study of the effect of annealing process on the performance of P3HT/PCBM photovoltaic devices using scanning-probe microscopy..</a> Solar Energy Mater. Solar Cells. 93 (6-7), 888-892 (2009).</li><li>Parnell, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Depletion+of+PCBM+at+the+Cathode+Interface+in+P3HT/PCBM+Thin+Films+as+Quantified+via+Neutron+Reflectivity+Measurements.">Depletion of PCBM at the Cathode Interface in P3HT/PCBM Thin Films as Quantified via Neutron Reflectivity Measurements.</a> Adv. Mater. 22 (22), 2444-2447 (2010).</li></ol>

चित्रा 1 में माइक्रोस्कोपी डेटा स्पष्ट रूप से पता चलता है कि P3HT annealing से पहले: PCBM पतली फिल्म सपाट और चिकनी है और थर्मल एनीलिंग के बाद सतह पर कई बड़े अनियमित पीसीबीएम क्रिस्टलाइट्स मौजूद हैं, जिनके पार?...

सर्गिस तकनीक का उद्देश्य पतली फिल्म नमूनों से अन्य बिखरने या माइक्रोस्कोपी तकनीकों का उपयोग करके अद्वितीय संरचनात्मक जानकारी प्राप्त करने में सक्षम होना है। माइक्रोस्कोपी तकनीक आम तौर पर सतह सीमित है या महत्वपूर्ण परिवर्तन की आवश्यकता/आंतरिक संरचनाओं को देखने के लिए नमूना तैयारी । परावर्तन जैसी पारंपरिक बिखरने वाली तकनीक पतली फिल्म के भीतर गहराई के एक समारोह के रूप में दफन नमूना संरचनाओं के बारे में विस्तृत जानकारी प्रदान कर सकती है लेकिन पतली फिल्म के विमान में संरचना की आसानी से जांच नहीं कर सकती है। अंततः यह आशा की जाती है कि सर्गिस इस पार्श्व संरचना को पतली फिल्म नमूने के भीतर दफन होने पर भी जांच करने में सक्षम बनाएगा । यहां प्रस्तुत प्रतिनिधि परिणाम प्रदर्शित करते हैं कि अनियमित नमूना सुविधाओं से सर्गिस संकेत का निरीक्षण करना संभव है और मापा गया संकेत नमूने में मौजूद सुविधाओं से जुड़े एक विशेषता लंबाई पैमाने के साथ सहसंबद्ध किया जा सकता है, जैसा कि पारंपरिक माइक्रोस्कोपी तकनीकों द्वारा पुष्टि की गई है।
इनलेस्टिक स्पिन इको तकनीकों को मेज़ी एट अल द्वारा विकसित किया गया था। 1970 के दशक में । तब से सर्गिस तकनीक (जो मेज़ी एट अलके विचारों का विस्तार है) को विभिन्न नमूनों जैसे विभिन्न नमूनों का उपयोग करके प्रयोगात्मक रूप से सफलतापूर्वक प्रदर्शित किया गया है जैसे कि अत्यधिक नियमित विवर्तन झंझरी2-6 और परिपत्र डी-गीला बहुलक बूंदें7। 3-6,8अत्यधिक नियमित नमूनों से मजबूत बिखरने को मॉडल करने के लिए पाइन और सहकर्मियों द्वारा एक गतिशील सिद्धांत विकसित किया गया है। इस कार्य ने इस प्रकार के मापन को करते समय विचार किए जाने वाले कई व्यावहारिक पहलुओं को उजागर किया है और एक छोटे बहुराष्ट्रीय समुदाय के भीतर लगातार बातचीत की है ।
SERGIS प्रयोगों से अच्छे परिणाम सबसे अधिक संभावना प्राप्त की जाएगी अगर नमूना मापा जा रहा है एक फ्लैट सब्सट्रेट पर एक पतली फिल्म के होते है और मामूली आकार की सुविधाओं (30 एनएम से 5 μm) है कि बिखरे हुए न्यूट्रॉन दृढ़ता से, के रूप में लेखकों द्वारा प्रदर्शन9के एक उच्च घनत्व के साथ बिखरने सुविधाओं शामिल हैं । गहराई के एक समारोह के रूप में नमूना जांच है कि अन्य स्थापित परावर्तन तकनीक के विपरीत, सर्गिस तकनीक का लाभ है कि यह नमूना सतह के विमान में संरचनाओं की जांच कर सकते हैं। इसके अलावा, स्पिन-इको का उपयोग उच्च स्थानिक या ऊर्जा संकल्प प्राप्त करने के लिए न्यूट्रॉन बीम को कसकर कोलमेट करने की आवश्यकता को हटा देता है, नतीजतन महत्वपूर्ण प्रवाह लाभ प्राप्त किया जा सकता है। यह विशेष रूप से चराई घटना ज्यामिति के लिए प्रासंगिक है जो एक दिशा में बीम को दृढ़ता से कोलमेट करने की आवश्यकता के कारण काफी हद तक सीमित हैं। इसलिए ऑफस्पाक उपकरण का उपयोग करके थोक और सतह दोनों संरचनाओं में 30 एनएम से 5 माइक्रोन तक लंबाई तराजू की जांच करना संभव होना चाहिए।

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="605">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Silicon 2 in silicon substrates</td>
			<td style="width:103px;">Prolog</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">4 mm thick polished one side</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Oxygen plasma</td>
			<td style="width:103px;">Diener</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Oxygen plasma cleaning system to clean substrates prior to coating</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly(styrenesulfonate)</td>
			<td style="width:103px;">Ossila</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>PEDOT:PSS conductive polymer layer for organic photovoltaic samples</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">0.45 &#956;m PTFE filter</td>
			<td style="width:103px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Filer to remove aggregates from PEDOT:PSS and P3HT solutions</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Chlorobenzene</td>
			<td style="width:103px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Solvent for P3HT</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)</td>
			<td style="width:103px;">Ossila</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>P3HT - polymer used in polymer photovoltaics</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Spin Coater</td>
			<td style="width:103px;">Laurell</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Deposition system for making flat thin polymer films</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Vacuum Oven</td>
			<td style="width:103px;">Binder</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Oven fro annealing samples after preparation</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Nikon Eclipse E600 optical microscope</td>
			<td style="width:103px;">Nikon</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Microscope</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Veeco Dimension 3100 AFM</td>
			<td style="width:103px;">Veeco</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>AFM</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Tapping mode tips (~275 kHz)</td>
			<td style="width:103px;">Olympus</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>AFM tips</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Quartz Disc</td>
			<td style="width:103px;"></td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>Refrence samples for SERGIS measurement</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Spin Echo off-specular reflectometer</td>
			<td colspan="2">OffSpec at the ISIS Pulsed Neutron and Muon Source (Oxfordshire, UK)</td>
			<td>Produces pulsed neutrons 2-14 &#197;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Neutron Detector</td>
			<td style="width:103px;">Offspec</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>vertically oriented linear scintillator detector</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">RF spin flippers</td>
			<td style="width:103px;">Offspec</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Magnetic Field Guides</td>
			<td style="width:103px;">Offspec</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Data Manipulation Software</td>
			<td style="width:103px;">Mantid</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td><a href="http://www.mantidproject.org/Main_Page">http://www.mantidproject.org/Main_Page</a></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

using neutron spin echo resolved grazing incidence scattering to investigate organic solar cell materials

स्पिन इको हल चराई घटना बिखरने (SERGIS) तकनीक अनियमित आकार क्रिस्टललाई के साथ जुड़े लंबाई तराजू की जांच करने के लिए इस्तेमाल किया गया है । न्यूट्रॉन चुंबकीय क्षेत्र के दो अच्छी तरह से परिभाषित क्षेत्रों के माध्यम से पारित कर रहे हैं; एक से पहले और एक नमूने के बाद। दो चुंबकीय क्षेत्र क्षेत्रों में विपरीत ध्रुवता है और इस तरह देखते है कि दोनों क्षेत्रों के माध्यम से यात्रा न्यूट्रॉन, बेफिक्र होने के बिना, विरोध दिशाओं में precessions की एक ही संख्या से गुजरना होगा । इस मामले में दूसरी बांह में न्यूट्रॉन प्रेग्नेंसी को पहले "गूंज" कहा जाता है, और बीम का मूल ध्रुवीकरण संरक्षित है। यदि न्यूट्रॉन एक नमूने के साथ बातचीत करता है और दूसरी बांह के माध्यम से लोचदार रूप से बिखरता है तो पहले के समान नहीं है और मूल ध्रुवीकरण बरामद नहीं होता है। न्यूट्रॉन बीम का ध्रुवीकरण बहुत छोटे कोणों (<50 μrad) पर एक अत्यधिक संवेदनशील जांच है, लेकिन फिर भी एक उच्च तीव्रता, भिन्न बीम का उपयोग करने की अनुमति देता है। संदर्भ नमूने से तुलना में नमूने से परिलक्षित बीम के ध्रुवीकरण में कमी सीधे नमूने के भीतर संरचना से संबंधित हो सकती है।
न्यूट्रॉन प्रतिबिंब मापन में मनाए गए बिखरने की तुलना में सर्गिस संकेत अक्सर कमजोर होते हैं और यदि जांच के तहत नमूने के भीतर इन-प्लेन संरचनाएं कमजोर, अव्यवस्थित, आकार में छोटी और पॉलीडिस्पर्स या न्यूट्रॉन बिखरने के विपरीत कम होती हैं तो देखा जा सकता है। इसलिए, सर्गिस तकनीक का उपयोग करके अच्छे परिणाम प्राप्त किए जाएंगे यदि नमूने को मापा जा रहा है जिसमें एक फ्लैट सब्सट्रेट पर पतली फिल्में शामिल हैं और बिखरने वाली विशेषताएं होती हैं जिनमें मामूली आकार की विशेषताओं (30 एनएम से 5 माइक्रोन) का उच्च घनत्व होता है जो न्यूट्रॉन को दृढ़ता से तितर-बितर करते हैं या सुविधाओं को जाली पर व्यवस्थित किया जाता है। सर्गिस तकनीक का एक लाभ यह है कि यह नमूने के विमान में संरचनाओं की जांच कर सकता है।

[6,6]-फिनाइल-C61-butyric एसिड मिथाइल एस्टर (PCBM) और पाली (3-हेक्सिलथिओफेन-2,5-डायिल) (P3HT) के नमूनों से प्रतिनिधि परिणाम यहां प्रस्तुत कार्बनिक फोटोवोल्टिक कोशिकाओं में थोक हेट्रो-जंक्शन सामग्री के रूप में उनके व्यापक ?...

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Using Neutron Spin Echo Resolved Grazing Incidence Scattering to Investigate Organic Solar Cell Materials

अनियमित नमूनों में लंबाई-तराजू की जांच करने के लिए एक न्यूट्रॉन बिखरने तकनीक के रूप में स्पिन इको हल चराई घटना बिखरने (SERGIS) का उपयोग करने में प्रगति की गई है । [6,6]-फिनाइल-C61-butyric एसिड मिथाइल एस्टर के क्रिस्टलाइट्स सर्गिस तकनीक और ऑप्टिकल और परमाणु बल माइक्रोस्कोपी द्वारा पुष्टि परिणामों का उपयोग कर जांच की गई है ।

न्यूट्रॉन स्पिन इको का उपयोग कार्बनिक सौर सेल सामग्री की जांच करने के लिए चराई घटना बिखरने का संकल्प लिया

The spin echo resolved grazing incidence scattering (SERGIS) technique has been used to probe the length-scales associated with irregularly shaped ...

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