Bu çalışmada, bir polimer çözeltisindeki polimer parçacıklarının saçılma davranışı simülasyon temelli bir yaklaşımla incelenmiştir. 635 nm dalga boyuna sahip bir lazer kaynağı kullanılmış ve saçılma, açıları 0° ile 175° aralığında hesaplanmıştır. Çözücü ve polimer parçacıklarının kırılma indisleri sırasıyla 1.33 (su için tipik) ve 1.59 (polimerler için yaygın) olarak ayarlanmıştır. Hidrodinamik çaptan tahmin edilen jirasyon yarıçapı 58.5 nm olarak alınmıştır. Saçılma davranışını analiz etmek için dört model—Rayleigh, Mie, Debye ve Guinier uygulanmıştır. Küçük parçacıklar için geçerli olan Rayleigh saçılması, 0°'de düşük bir yoğunlukla başlamış ve 100°'ye kadar artan açıyla azalmış, ardından daha yüksek açılarda simetrik olarak artmıştır. Daha büyük parçacıklar için uygun olan Mie saçılması, 0°'de en yüksek yoğunluğu göstermiş ve açı arttıkça keskin bir şekilde azalmıştır. Debye saçılması, normalleştirilmiş 1.0 yoğunluğuyla başlamış ve açıyla birlikte düzgün bir şekilde azalarak polimer zincirlerinin rastgele sarmal yapısını analiz etmedeki etkinliğini göstermiştir. Öte yandan, Guinier yaklaşımı düşük açılarda etkili olmuş ve yoğunluk açı arttıkça üstel olarak azalmıştır, bu da onu parçacık boyutunu belirlemede kullanışlı bir yöntem haline getirmiştir. Bu karşılaştırma, her bir modelin açısal bağımlılıklarını ve uygulama alanlarını vurgulamıştır. Mie saçılması büyük parçacıklar için, Debye saçılması polimer zincirleri için, Rayleigh saçılması küçük parçacıklar için ve Guinier yaklaşımı düşük açılarda parçacık boyutunu ve jirasyon yarıçapını belirlemek için en uygun bulunmuştur. Bu çalışma, polimer çözeltilerinin saçılma davranışını anlamada bu modellerin güçlü ve zayıf yönlerini ortaya koymaktadır.
Debye modeli Guinier modeli Mie modeli Polimer çözeltileri Statik ışık saçılması
This study investigated the scattering behavior of polymer particles in a solvent using a simulation-based approach. A laser source with a wavelength of 635 nm was employed, and scattering angles were calculated within the range of 0° to 175°. The refractive indices of the solvent and polymer particles were set to 1.33 (typical for water) and 1.59 (commonly observed for polymers), respectively. The radius of gyration, estimated from the hydrodynamic diameter, was taken as 58.5 nm. Four models—Rayleigh, Mie, Debye, and Guinier—were applied to analyze the scattering behavior. Rayleigh scattering, valid for small particles, started with a lower intensity at 0° and decreased with increasing angle up to 100°, after which it symmetrically increased at higher angles. Mie scattering, suitable for larger particles, exhibited the highest intensity at 0° and sharply decreased as the angle increased. Debye scattering began with a normalized intensity of 1.0 and decreased smoothly with angle, demonstrating its effectiveness in analyzing the random coil structure of polymer chains. On the other hand, the Guinier approximation was most effective at low angles, where the intensity decreased exponentially with increasing angle, making it a useful method for determining particle size. This comparison highlighted the angular dependencies and application areas of each model. Mie scattering was found to be most appropriate for large particles, Debye scattering for polymer chains, Rayleigh scattering for small particles, and the Guinier approximation for determining particle size and radius of gyration at low angles. This study underscores the strengths and limitations of these models in understanding the scattering behavior of polymer solutions.
Debye model Guinier model Mie model Polymer solutions Rayleigh model Static light scattering
Birincil Dil | İngilizce |
---|---|
Konular | Nükleer ve Plazma Fiziği (Diğer) |
Bölüm | Makaleler |
Yazarlar | |
Erken Görünüm Tarihi | 10 Haziran 2025 |
Yayımlanma Tarihi | 15 Haziran 2025 |
Gönderilme Tarihi | 22 Mart 2025 |
Kabul Tarihi | 22 Nisan 2025 |
Yayımlandığı Sayı | Yıl 2025 Cilt: 8 Sayı: 1 |