Doğal ve yapay mezokristaller üzerine bir çalışma: Sentez, yapısal karakterizasyon ve fiziksel özellik araştırmaları
A study on the natural and artificial mesocrystals: Synthesis, structural characterizations and researches on physical properties
Yazar: MUSTAFA ZAFER BELİRGEN
Danışman: PROF. DR. SEMRA İDE
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2014
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Birçok katı maddenin özelliği kristal yapısına, kristal şekline ve kalitesine bağlı olduğundan kristalleştirme ve kristal büyütme işlemleri hem bilimsel hem de teknolojik açıdan önemlidir. Atomik yapıdan başlayarak makroskopik boyuta doğru kendiliğinden atomik ve moleküler bağlar oluşarak gerçekleşen kristalleştirme evreleri, dış fiziksel parametrelerden de oldukça etkilenmektedir.
Bilimsel ve teknolojik çalışmalarda yeni ve güncel bir malzeme sınıfı olarak tanımlanan mezokristal yapılar pek çok eğri yüzey üzerine, paralel ve dik yönelimli farklı kristal ve amorf yapı katmanları içerirler. Kristal ve amorflardan farklı özellikler taşıyan bu yapılar ve katmanlar malzemelere üstün yetenekler de kazandırır.
Bu tez kapsamında yapılan çalışmalarda, doğada bulunan ve yeni sentezlenen yapay mezokristaller üzerine yoğunlaşılmıştır. Doğal mezokristallerden denizkestanesi ile kayaçlar üzerine mezokristal yapı oluşumu şeklinde büyüyen Azurit ve Malahit kristalleri incelenmiştir. Yapay olarak sentezlenmeye çalışılan örnekler, denizkestanesi dikeni ve gövdesi üzerine polimer kompozit katman (biyolojik yapı + membran katman) oluşturabilme amacı ile hazırlanan örnek ve denizkestanesi kabuğu üzerine hazırlanan hidroksiapatit oluşumudur. Ayrıca tezin bir diğer önemli bölümünde, gümüş, zirkonyum, kobalt ve titanyum nanotozlar üzerine antibakteriyel etkisi bilinen organik 2,2'-[(1E,2E)-hydrazine-1,2-diylidenedi(1E)eth-1-yl-1-ylidene] diphenol kristalinin mezokristal formda büyüyüp büyüyemediği incelenmiştir. Manyetik özellikleri bilinen bu kristal yapının, diyamanyetik özelliği olan gümüş nanotozları ile mezokristal yapı oluşturabildiği belirlenmiştir. Bu aşamada doğal mezokristal yapıların mükemmelliği ve model alınması gerektiğinden yola çıkılarak en iyi doğal mezokristal yapılar olan denizkestanesi örneklerine odaklanılmıştır. Yapılar Küçük Açı X-ışını Saçılma (SAXS), X-ışını Kırınım (XRD), Enerji Dağıtıcı X-ışını Spekroskopisi (EDS) ve Elektron Mikroskopi (SEM) deneysel yöntemleri ile incelenmeye çalışılmıştır.
Çalışma sonunda, biyoaktif ve manyetik özellikleri belirlenmiş organik bileşiğin gümüş nanoparçacıklarla mezokristal oluşturabildiği, denizkestanesinin diken ve kabuk yapılarının birbirini tamamlayan modern deneysel yöntemlerle daha ayrıntılı incelenebildiği, mezokristal oluşumunda polimer ve hidroksiapatit malzemelerin kullanılabildiği sonucuna varılmıştır.
Ayrıca denizkestanesi dikeni ve orijinal membran polimer ile hazırlanan mezokristalin akım gerilim karakteristiği, elektriksel iletkenliğin bir göstergesi olarak ölçülmüştür. Bu tür biyolojik alttaş üzerine hazırlanan mezokristallerin eş eksenli silindirik iletken olarak kullanılabileceği de çalışma sonucunda ulaşılan bulgulardandır. 


Anahtar Kelimeler: Mezokristal, SAXS, SEM, XRD, EDS

Abstract:
Crystallization and crystal growth processes are scientifically and technologically important. Because the feature of many solid materials depend on crystal structure, crystal shape and crystallite quality. Crystallization stages that occur by self-orientation of atomic and molecular bonding starting from atomic structure to macroscopic structure, are easily affected from external physical parameters. 
The mesocrystal structures which are defined as the new and up-to-date material class for the scientific and technological studies include many parallel or vertically oriented / different crystal and amorfous structure layers over curvature surfaces. These structures and layers which have different features than crystal and amorfous give superior capabilities to materials.
In the content of this thesis, the investigations were focused on the natural and newly synthesized artificial mesocrystals. Sea urchins as natural mesocrystals and, Azurith and Malahit crystals which grow on rocks in the form of mesocrystal structures were studied. The samples that are tried to be synthesized artificially are: the polymer composite covered sea urchin spine/shell (biologic structure + membrane layer) and the hydroxyapatite formation growth on the surface of the sea urchin shell. In another important section of the thesis, growing ability of the antibacterial organic crystal (2,2'-[(1E,2E)-hydrazine-1,2-diylidenedi(1E)eth-1-yl-1-ylidene] diphenol) on silver, zirconium oxide, cobalt and titanium nanopowders were also examined. It was obtained that, the studied crystal structure which has magnetic property can form a mesocrystal structure with the silver nanopowder which has diamagnetic property. At this stage, the studies were focused on the sea urchines as the best natural mesocrystals, because of their perfect mesocrystal models. Structures are tried to be examined by using Small Angle X-ray Scattering (SAXS), X-ray Diffraction (XRD), Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy (EDS) and Scanning Electron Microscopy (SEM) experimental methods. At the end of the study, it is concluded that organic compound which have bioactive and magnetic features can form mesocrystal structure with silver (Ag) nanoparticles; sea urchin spines and shell structures can be examined more detailed by using complementary modern experimental methods; polymer and hydroxyapatite materials can be also used in the formation of mesocrystals.
Additionally, electric current and voltage characteristic of the new prepared mesocrystal form (including sea urchin spine and original membrane polymer) was measured as evidence of electrical conductivity. It is also found that these type mesocrystals prepared on the biological substrate may be used as new coaxial cylindrical conductor.


Keywords: Mesocristals, SAXS, EDS, SEM, XRD