Toksik gazların tespiti için sıvı kristal esaslı sensör geliştirilmesi
Development of liquid crystal based sensors for the detection of toxic gases
Yazar: BERFİN GÜRBOĞA
Danışman: DOÇ. DR. EMİNE KEMİKLİOĞLU
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Gazlar = Gases ; Kolesterol = Cholesterol ; Liyotropik sıvı kristal = Lyotropic liquid crystall ; Optik sensörler = Optical sensors ; Sıvı kristaller = Liquid crystals

Özet:
Sıvı kristal, kristal bir katı ve izotropik bir sıvının ara maddesi olan bir malzeme fazıdır. Sıvı kristaller çubuk benzeri bir yapıya sahip moleküllerden oluşurlar. Sıvı kristaller termotropik ve liyotropik olmak üzere ikiye ayrılmaktadır. Sıcaklık, manyetik ve elektrik alan, çözücü gibi dış uyaranlardan kolayca etkilenirler. Sıvı kristallerin hızlı tepki vermeleri sensör teknolojilerinde kullanımlarına olanak sağlar. Özellikle kolesterik sıvı kristallerinde sarmal yapının bulunması daha hızlı optik çıktı oluşturmaktadır. Bu bağlamda sıvı kristal malzemelerin optik özelliklerinden yararlanılarak kontrolsüz salınımları gerçekleşen toksik uçucu gazların tespiti için kullanım potansiyeli taşımaktadır.

Tez çalışmasının ilk yarısında, polivinil klorür (PVC) polimeri ve dimetiloktadesil[3-(trimetoksisilil)propil]amonyum klorür (DMOAP) yüzey birleştirme ajanıyla cam yüzey kaplama prosesleri yapılmıştır. Bu yüzeyler için termotropik kolesterik faz, mavi faz ve liyotropik kolesterik faz olmak üzere üç farklı sıvı kristal numunesi hazırlanmıştır. Sıvı kristal numuneleri 20 µm kalınlığa sahip ayrı ayrı hazırlanmış PVC ve DMOAP kaplanmış cam hücreler içerisine enjekte edilerek sıvı kristal numunelerinin karakteristik yapıları sıcaklığın bir fonksiyonu olarak polarize optik mikroskop (POM) altında incelenmiştir.

Tezin ikinci yarısında, oluşturulan sıvı kristal numuneleri fenol, toluen ve 1,2 dikloropropan toksik uçucu organik çözgenlerin buharlarına dış ortamdan izole bir kutu içerisinde sıcaklığın ve zamanın fonksiyonu olarak maruz bırakılmıştır. İzole ortam SOLIDWORKS® 2020 programıyla tasarlanarak 3B yazıcı aracılığıyla çıktısı alnmıştır. Ortamdan izole kutu içerisine sıvı kristal numuneleri yerleştirilerek dalga boyu değişimleri spektrofotometre vasıtasıyla gözlemlenmiştir. 

	Tezin son aşamasında elde edilen deneysel verilerin bulanık mantık yaklaşımı ile faktör analizi yapılarak sistemin girdi ve çıktıları arasındali ilişki belirlenmiştir. Her bir girdi ve çıktı için üyelik fonksiyonu tanımlanarak sistemin çıkarsama kuralları oluşturulmuştur. Geliştirilen bulanık çıkarsama Matlab ortamında yapılmıştır.

Abstract:
Liquid crystal is an intermediate matter phase that between crystal solid and isotropic liquid phase. Liquid crystals are consisting of rod-shaped molecules. Liquid crystals are divided into two main groups as thermotropic, and lyotropic liquid crystals. They can be easily affected from external stimulants like heat, magnetic-electric field and solvents. Fast response rate of liquid crystals are enables them for using in sensor technologies. Especially in cholestric phase liquid crystals are known for fast optic output, because of their helical structures. In this context, it has the potential to be used for the detection of toxic volatile gases that are released uncontrolled by utilizing the optical properties of liquid crystal materials.

	In the fist half of this thesis work, glass coating processes has been done with polyvinyl chloride (PVC) polymer and dimethyloctadecyl[3-(trimethoxysilyl)propyl]ammonium chloride (DMOAP) coupling agent. For this surfaces, three different liquid crystal samples, thermotropic cholestric phase, blue phase and lyothropic cholesteric phase, has been prepared. Liquid crystal samples are injected in 20 µm thick glass cells that coated with PVC and DMOAP, which is prepared separately, and investigated under polarizing optical microscope (POM) for their structural characteristics, as a function of temperature.
	
	In the second half of this thesis work, prepared liquid crystals samples are exposed to phenol, toluene and 1,2 dichloropropane toxic volatile organic solvent vapors, isolated from outdoor environment with the isolated box, as the function of heat and time. In this process, wavelength changes in liquid crystals are observed through with a spectrophotometer.

In the last stage of the thesis, the relationship between the inputs and outputs of the system was determined by factor analysis of the experimental data obtained with the fuzzy logic approach. The inference rules of the system were created by defining the membership function for each input and output. The developed fuzzy inference was made in Matlab program.