材料科学与物理EPR

聚合物降解

HALS成功阻止聚合物光氧化。雷竞技贴吧
聚合物因光照而降解,导致聚合物变色,机械性能(弹性、韧性等)下降。为了防止这种分解,阻碍胺光稳定剂(HALS)被添加到聚合物中。通过监测这些光稳定剂的EPR信号,可以评估它们的有效性。

光照射下的光引发和自由基形成
在加入HALS后,紫外线照射时聚合物中产生的EPR信号(左)被完全抑制,只有HALS的EPR频谱被观察到(右)

聚合物的结构

使用氮氧化物自旋标记的聚电解质多层膜(PEM)的EPR研究。
多层聚电解质(带有离解离子基团的聚合物)是由带相反电荷的聚电解质交替吸附形成的,即所谓的逐层技术。用EPR研究了由强聚阳离子和弱聚阴离子组成的PEM薄膜,PEM薄膜通常被自由氮氧化物(4-氨基- tempo)自旋标记。PEM薄膜的生长被监测,定量EPR分析提供了关于每个双层的信息。

聚阳离子/ tempo标记聚阴离子多层膜与pH为4的缓冲溶液接触时的信号强度随双层NDL数量的变化而变化。

油漆性能

油漆中的HALS EPR信号表明紫外线照射后劣化。
漆膜变质的主要原因是几种组分的降解,包括粘结剂和某些颜料。这是由于长时间暴露在紫外线(阳光)、水分和冻融循环中形成自由基造成的。自由基具有很强的活性,可以在物质中形成或破坏化学键。在涂料耐晒的情况下,自由基实际上破坏了漆膜。这一过程与皮肤衰老的过程非常相似。皮肤含有自由基,暴露在多年的阳光下,会显示出衰老的迹象,包括皱纹、脱皮、太阳黑子和整体干燥。

紫外线照射后涂料中HALS(受阻胺光稳定剂)的EPR光谱检测

太阳能电池

EPR法检测非晶硅缺陷。
硅是光伏产业中生产太阳能电池最常见的材料,无论是单晶还是多晶形式。顺磁缺陷的具体表征可以通过EPR来深入了解退化诱导的顺磁中心如何影响太阳能电池有源层的效率。对非晶硅光电器件的EPR研究表明,在这种材料中,顺磁缺陷的存在与由此产生的电荷收集效率之间存在很强的关系。

EPR检测到非晶硅中由于弱Si-Si键断裂而产生的光致缺陷

过渡金属

纤锌矿薄膜中镁配位的测定
过渡基团、稀土离子和锕系离子属于3d、4d、5d、4f和5f基团,是EPR研究的主要对象。使过渡元素成为EPR研究的有趣课题的一个方面是它们的可变价。例如,Zn1xMgxO配合物是氧化物半导体的多功能功能材料,体和界面上的原子排列决定了氧化物的重要性质。采用EPR法测定了异质外延纤锌矿Zn1xMgxO:Mn薄膜中的Mg配位。

数据由Andreas博士Pöppl提供,莱比锡大学(J. Mater.)化学。C, 2015, 3,11918)

297 K Zn的实验和模拟EPR谱0.99毫克0.01O: Mn (pO2= 0.016 mbar, c .= 0.05%) B┴c(上)和BIIc(下)的薄膜样品G5189。星号表示铁的信号3 +和铬3 +蓝宝石衬底中的杂质。