Μελέτη της μεσομορφικής συμπεριφοράς υγροκρυσταλλικών ολιγομερών και δυαδικών συστημάτων που εμφανίζουν δύο νηματικές φάσεις
Authors: Ράμου Ευθυμία 
Published: September 2021

Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη της μεσομορφικής συμπεριφοράς διμερικών και ολιγομερικών υγροκρυσταλλικών υλικών, που φέρουν εύκαμπτες συνδετικές αλυσίδες με περιττό αριθμό ατόμων άνθρακα, καθώς και δυαδικών συστημάτων αυτών. Όλα τα υπό μελέτη συστήματα εμφανίζουν πέραν της συμβατικής Νηματικής (Ν) φάσης, και κατά την ψύξη από αυτή, την πρόσφατα ανακαλυφθείσα νηματική Νx/tb φάση. Η ανακάλυψη της Nx/tb φάσης έχει πυροδοτήσει το ερευνητικό ενδιαφέρον μιας και είναι μια φάση χειρόμορφη στη φύση της, η οποία όμως απαρτίζεται από μη-χειρόμορφα μόρια. Στο πρώτο κεφάλαιο της διατριβής γίνεται μια εισαγωγή στην υγροκρυσταλλική (ΥΚ) κατάσταση της ύλης μέχρι και την ανακάλυψη της Νx/tb. Παρουσιάζονται συνοπτικά τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά που εμφανίζει και τίθενται οι γενικότεροι στόχοι μελέτης της φάσης αυτής που αφορούν στη διασαφήνιση της μοριακής δομής και οργάνωσης εντός αυτής, στις μοριακές παραμέτρους που συνηγορούν στην εμφάνιση της, αλλά και στο ίδιο το γεγονός του αυθόρμητου σπασίματος της συμμετρίας από μη χειρόμορφα μόρια (chiral symmetry breaking).Στα πλαίσια του γενικότερου αυτού σκοπού στην παρούσα διατριβή μελετήθηκαν συστήματα που εκδηλώνουν την Nx/tb φάση, μέσω των συμπληρωματικών τεχνικών της Πολωτικής Μικροσκοπίας (POM), της Διαφορικής Θερμιδομετρίας Σάρωσης (DSC) και της Σκέδασης Ακτίνων-Χ (XRD). Οι πειραματικές τεχνικές καθώς και η διαδικασία παρουσιάζονται στο δεύτερο κεφάλαιο. Πέραν από το χαρακτηρισμό των καθαρών υλικών πραγματοποιήθηκαν και μελέτες αναμιξιμότητας με στόχο τη διερεύνηση της εκδήλωσης και ευστάθειας της Nx/tb φάσης σε δυαδικά συστήματα. Τα υλικά που περιλαμβάνονται στην παρούσα διατριβή μπορούν να διακριθούν σε δύο κατηγορίες. Η πρώτη κατηγορία περιλαμβάνει τα μέλη της ομόλογης σειράς των κυανοδιφαινυλικών διμερών CBnCB, που εμφανίζουν την Nx/tb φάση και τα αιθερικά ανάλογα της σειράς CBΟnΟCB, τα οποία σχηματίζουν μόνο την Ν μεσοφάση. Στη δεύτερη κατηγορία περιλαμβάνεται η ομόλογη σειρά των συμμετρικών τριφαινυλικών διμερών DTCnC5, τα οποία εμφανίζουν πέραν της Nx/tb φάσης και μία κεκλιμένη Σμηγματική φάση, καθώς και το αντίστοιχο τριμερές και τέλος τα αιθερικά ομόλογα διμεσογόνα DTCOnC5, τα οποία δεν εμφανίζουν τη μεσοφάση. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των μελετών αναμιξιμότητας στα συστήματα CBnCB-CBO9OCB (n=9,11), όπου παρατηρήθηκε η εμφάνιση της Nx/tb φάσης σε ένα εντυπωσιακά μεγάλο εύρος συγκεντρώσεων, πάνω από 70 wt% σε CBΟ9ΟCB, κατά την ψύξη από την Ισότροπη φάση. Επιπλέον, η μεσοφάση παρουσιάζεται ευσταθής σε επίσης μεγάλο εύρος συγκεντρώσεων του συστατικού που δεν την εμφανίζει.Στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται συστηματική μελέτη αναμιξιμότητας των μελών της ομόλογης σειράς των CBOnOCB (n = 5, 7, 9, 11), που εμφανίζουν μόνο την Ν φάση, με το μη-ΥΚ διμερές CB3CB, όπου και παρατηρείται η επαγωγή της Nx/tb φάσης από την ανάμιξη δύο υλικών που από μόνα τους δεν την εμφανίζουν. Το εύρος των συγκεντρώσεων και οι θερμοκρασίες μετάβασης της μεσοφάσης εμφανίζουν εξάρτηση από τη συγκέντρωση του μη-ΥΚ CB3CB, αλλά και από το μήκος της αλυσίδας του αιθερικού διμερούς.Τέλος, στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της μελέτη του τριμερούς C9trimer καθώς και μελετών αναμιξιμότητας αυτού με το αντίστοιχο μονομερές και τα αντίστοιχα μεθυλικά και αιθερικά διμερή. Οι μελέτες αναμιξιμότητας επιδεικνύουν μη τυπική συμπεριφορά. Χαρακτηριστικά, εμφανίζεται αδυναμία ανάμιξης τριμερούς-μονομερούς, καθώς και εμφάνιση ελαχίστου, σε σχέση με τη συγκέντρωση, για τις θερμοκρασίες και τις ενθαλπίες μετατροπής των μεταβάσεων Iso-N και Ν-Nx/tb στα συστήματα τριμερούς-μεθυλικού διμερούς. Η μη τυπική συμπεριφορά στις θερμοκρασίες και ενθαλπίες της μετατροπής Iso-N εμφανίζεται και στην περίπτωση ανάμειξης τριμερούς-αιθερικού διμερούς, χωρίς να αντικατοπτρίζεται στη μετάβαση N-Nx/tb.Τα αποτελέσματα της παρούσας διατριβής αποτελούν έναν αξιόλογο όγκο δεδομένων σχετικά με τη μεσομομορφική συμπεριφορά συστημάτων που εμφανίζουν δύο νηματικές φάσεις, τα οποία εν γένει μας δίνουν τη δυνατότητα να διευρύνουμε την εικόνα που έχουμε σχετικά με τα ελάχιστα μοριακά χαρακτηριστικά που είναι υπευθυνα για την εκδήλωση της Nx/tb φάσης και να επαναπροσδιορίσουμε τη εικόνα της σχέσης δομής-ιδιοτήτων, ώστε να συμπεριλάβει τόσο ανώτερες μοριακές δομές, όσο και μίγματα.