Yeni sıvı kristal sistemlerin sentezi, karakterizasyonu ve mesomorfik özelliklerinin incelenmesi
The synthesis, characterization of new liquid crystal systems and investigation of the mesomorphic properties
Yazar: HALE OCAK
Danışman: PROF. DR. BELKIZ BİLGİN ERAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Sıvı kristaller = Liquid crystals

Özet:
Geniş teknolojik kullanımları ile yoğun ilgi gören sıvı kristaller, maddenin eşsiz bir halidir. Sıvı kristalleri eşsiz yapan alışılmadık özelliği, anisotropi ve hareketliliğin kombinasyonudur. Sıvı kristaller, sıvılar gibi akışkandır fakat belli bir yönde düzenlerini sürdürürler. Katı ve sıvı faz arasında özelliklere sahip yeni fazları kapsayan çeşitli geçişler gösterirler. Mesofaz olarak adlandırılan bu fazlar moleküler yapıya bağlı olarak, sıcaklığın (termotropik sıvı kristal fazlar) ve konsantrasyonun (lyotropik sıvı kristal fazlar) özel şartları altında meydana gelir.Son zamanlarda, termotropik sıvı kristallerin yeni bir alt alanı olarak muz şekilli (banana-shaped) moleküller gelişmiştir. Bükülmüş çekirdeği ya da V- şekli nedeniyle `bananas' olarak adlandırılan akiral bükülmüş molekül geometrili bu moleküller, yeni ve ilginç mesofaz zenginliği sağlamaktadır. Bu fazların bazıları, pratik uygulamalardaki kullanım için ilginç imkanlar veren (anti)ferroelektriklik gibi alışılmadık fiziksel özellikler gösterir. Elektro-optiksel çevrilme davranışının keşfinden beri, moleküler yapı ve sergilenen mesofazların doğasını anlamak için, bükülmüş moleküler şekle sahip çok çeşitli bileşikler sentezlenmektedir. Polarite ve kiralitenin eşsiz özelliklerine sahip yeni bileşikleri elde etmek için muz şekilli sıvı kristaller alanında sistematik bir araştırma yapılmalıdır.Bu çalışmanın başlıca amacı, merkezi çekirdek olarak bifenil ünitesi içeren yeni muz şekilli moleküllerin dizaynı, sentezi ve mesofaz karakterizasyonudur. Mesomorfik özellikler ve geçiş sıcaklıkları üzerindeki yapısal çeşitliliğin etkisini araştırmak için muz şekilli moleküllerin farklı kısımları sistematik olarak (terminal zincirlerin uzunluğu ve türü, aromatik halka sayısı vb.) değiştirilmiştir. Bütün bu bileşiklerin yapıları klasik spektroskopik metodlar (1H-NMR, 13C-NMR, 29Si-NMR ve MS) ve elemental analiz (EA) kullanılarak karakterize edilmiştir. Bu bileşiklerin gösterdiği mesofazlar polarizasyon mikroskobu, diferansiyel tarama kalorimetrisi ve X-ray araştırmaları ile incelenmiştir. Ayrıca uygulamalarda aranan özellikleri için, elektrooptiksel çevrilme davranışları araştırılmıştır.Anahtar Kelimeler: Sıvı kristaller, muz şekilli (banana-shaped) moleküller, mesomorfik özellikler, elektro-optiksel çevrilme, (anti)ferroelektriklik.

Abstract:
Liquid crystals which have gained considerable importance due to their wide technological applications are an unique state of matter. The unusual feature which makes liquid crystals unique is the combination of anisotropy and mobility. Liquid crystals (LCs) can flow like liquids, but maintain order in a certain direction. They show several transitions that involve new phases whose properties are between those of the solid and liquid phases. These phases, which are called ``mesophases??, occur depending on molecular structure under special conditions of temperature (thermotropic LC phases) and concentration (lyotropic LC phases).Recently, banana-shaped molecules have evolved as a new sub-field of thermotropic liquid crystals. These achiral bent-shaped molecules, which are called ``bananas?? because of their bent-core or V-shaped, provide a wealth of new and interesting mesophases. Some of these phases show unusual physical properties such as (anti)ferroelectricity for use in practical applications. Since the discovery of electro-optical switching, several compounds having a bent molecular shape have been synthesized to understand the relationship between molecular structure and nature of the mesophases exhibited. In order to get new compounds which unique properties of polarity and chirality, a systematic research has to be done in the field of banana-shaped liquid crystals.The basic aim of this study is the design, synthesis and mesophase characterization of a number of new banana-shaped molecules containing biphenyl unit as central core. In order to study the influence of structure variations on the mesomorphic properties and the transition temperatures, different parts of the banana-shaped molecules were changed systematically (the type and length of the terminal chains, number of the aromatic rings etc). The structure of all these compounds were characterized using classical spectroscopic methods (1H-NMR, 13C-NMR, 29Si-NMR and MS) and elemental analysis. The mesophases exhibited by these compounds were examined by a combination of polarization microscope, differential scanning calorimetry and X-ray investigations. Also, electro-optical switching behaviours were investigated for desirable properties in practical applications.Keywords: Liquid crystals, banana-shaped molecules, mesomorphic properties, electro-optical switching, (anti)ferroelectricity.