Segmental motion of alkyl chains grafted on silica gel, studied by neutron scattering

Abstract
The quasielastic neutron scattering spectra of CnH2n+ 1 grafted on silica are obtained for n = 4, 8,12, 16,18, 22. The well known difficulty in determining the mass in the beam is overcome by using (as a reference) the integrated elastic and quasielastic scattering function, extrapolated to q = 0. A correction for the coherent scattering contribution is applied. It is thus possible to determine the molar scattering functions of the chains Sn(q, ω). Assuming that in all chains there is a constant number ne of end atoms contributing Se to Sn for all n and that the remaining middle CH2 are all equivalent, each contributing S m to Sn, we obtain Sn = Se + (n - n e) Sm. This relationship is verified for the elastic incoherent structure factor and used to calculate Sm. The n = 22 case is left apart, its anomalous behaviour is explained by interaction between neighbouring chains. The data agree with a 3-bonds jump model with a time between jumps equal to 1.9 x 10-11 s at room temperature.

Résumé
Les spectres de diffusion quasi-élastique de neutrons par CnH 2n+1 greffé sur silice, ont été mesurés pour n = 4, 8,12,16,18, 22. La masse d'échantillon dans le faisceau est déterminée en utilisant la fonction de diffusion élastique et quasi-élastique, intégrée et extrapolée à q = 0, après correction de la diffusion cohérente. On obtient ainsi les fonctions de diffusion molaires des chaines Sn(q, ω). En admettant que toutes les chaines, quel que soit n, contiennent à leurs extrémités un même nombre ne de maillons contribuant la même quantité S e à Sn et que les CH2 restant au milieu sont tous équivalents et contribuent chacun Sm, on obtient Sn = Se + (n - ne) Sm. Cette relation est vérifiée pour le facteur de structure incohérent élastique et utilisée pour calculer Sm. L'échantillon n = 22 a un comportement anormal en raison de l'interaction entre chaines voisines qui devient possible. Les données sont en accord avec un modèle de saut impliquant 3 ou 5 liaisons à condition que la conformation à 5 liaisons dure trop peu pour pouvoir effectuer plusieurs sauts consécutifs. Le temps moyen entre sauts est, à température ambiante, 1,9 x 10-11 s.