Smektojen ve nematojen termotropik sıvı kristallerin optiksel ve termo-optiksel özelliklerinin incelenmesi
Investigations of optical and thermo-optical properties of smectogen and nematogen thermotropic liquid crystals
Yazar: ATİLLA EREN MAMUK
Danışman: PROF. DR. ARİF NESRULLAZADE
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışma temel olarak beş bölümden oluşmaktadır. Birinci bölüm olarak termotropik nematik sıvı kristallerin düz ve ters nematik-izotropik faz geçişleri ayrı ayrı incelenmiştir. Düz faz geçişi görebilmek için sıvı kristal hücreleri katı kristalik fazdan izotropik sıvı faza kadar ısıtılmıştır. Benzer şekilde ters faz geçişlerin incelenebilmesi için sıvı kristaller izotropik sıvı fazdan katı kristalik faza kadar soğutulmuşlardır. İncelemelerde BPHB termotropik nematik sıvı kristalinin ve oxycyanobiphenyl gurubundan 5OCB, 6OCB ve 7OCB termotropik nematik sıvı kristalleri kullanılmıştır. Söz konusu sıvı kristallerin temel optik parametrelerden ortalama kırılma indisi, olağan ve olağanüstü kırılma indisleri, çiftkırılma, kutuplanma anizotropisi, temel kutuplanma parametreleri, düzen parametresi, efektif geometri parametresinin sıcaklıkla davranışı nematik↔izotropik faz geçişleri için ayrı ayrı incelenmiştir. Ayrıca bu sıvı kristallerin hem mezofaz hem de nematik↔izotropik sıvı faz geçiş durumları için polikristalik tekstürleri verilmiştir. 
Çalışmanın bu bölümünde nematik ve smektik a mezofazlarını farklı sıcaklık aralıklarında sergileyen cyanobiphenyl gurubundan 8CB ve 9CB sıvı kristalleri, oxycyanobiphenyl gurubundan ise 8OCB sıvı kristali kullanılmışlardır ve bu malzemelerin termo-optik parametreleri karşılaştırmalı olarak düz ve ters smektik a-nematik-izotropik sıvı faz geçişlerinde incelenmiştir. Ortalama kırılma indisi, olağan ve olağanüstü kırılma indisleri, çiftkırılma, kutuplanma anizotropisi, temel kutuplanma parametreleri, düzen parametresi, efektif geometri parametresinin sıcaklıkla davranışı smektik a↔nematik↔izotropik faz geçişleri için belirlenmiştir. Termo-optik parametreler belirlenmesi hem monokromatik hem de polikromatik ışıklar altında ayrı ayrı incelenmiştir. Monokromatik ışık kaynakları olarak λ = 0.465 μm, λ = 0.525 μm, λ = 0.625 μm dalga boylarına sahip üç ayrı ışık kaynağı kullanılmıştır.
Çalışmanın üçüncü kısmında ise cyanobiphenyl gurubundan 6CB ve 8CB termotropik sıvı kristalleri farklı kütlece oranlarda karıştırılarak örnekler hazırlanmıştır. Hazırlanan örneklerin optiksel geçirgenlik katsayısı ve soğurma katsayısı değerlerinin sıcaklıkla değişimleri düz ve ters faz geçiş durumları için incelenmiştir. 
Çalışmada dördüncü bölüm olarak cyanobiphenyl gurubundan 6CB, 7CB ve 8CB termotropik sıvı kristallerinin sandviç hücrelerin farkı kalınlıkları için morfolojik özellikleri incelenmiştir. Bu incelemeler her bir sıvı kristal için nematik mezofaz bölgesinde gerçekleştirildiği gibi izotropik sıvı faz-nematik faz geçiş bölgelerinde de gerçekleştirilmiştir. Sıvı kristaller herhangi bir yöneltme işlemi uygulanmamış camlar kullanılarak hazırlanan sandviç hücrelere kapilar etki ile doldurularak söz konusu sıvı kristallerin morfolojik özellikleri araştırılmıştır. 
Çalışmanın son bölümünde ise, sıvı kristal filmlerde güçlü bir bükülme bozulması uygulanarak smektik a mezofazda oluşturulmuş periyodik 1-boyutlu desenlerinin gerçekte I. tür süperiletkenlerin ara fazına olan benzerliği gösterilmiştir. Desenler, planar ve homeotropik yöneltilmiş sandviç hücrelerde nematik yön vektörünün yayma-bükülme bozulmasına indüklenen iki paralel yüzey arasında hapsedilmiş 8CB sıvı kristali ile oluşturulmuştur. Nematik mezofaz nematik-smektik a faz geçiş sıcaklığından 1 boyutlu desenler oluşmaya başlayıncaya kadar soğutulmuştur. Hücre kalınlığı azaldıkça, bükülme bozulmasının büyüklüğü artmıştır.

Abstract:
This study is fundemantally composed of five research sections. As first, direct and reverse nematic-isotropic liquid phase transitions of thermoropic nematic liquid crystals were investigated. To observe direct phase transition, sandwich cells which were filled with liquid crystals by capillary effect were heated from solid crystalline phase to isotropic liquid phase. Likewise, to observe indirect phase transition, liquid crystals were cooled from isotropic liquid crystal to solid crystalline phase. During the investigations, BPHB thermotropic liquid crystal and 5OCB, 6OCB and 7OCB liquid crystals of oxycyanobiphenyl group were used. Temperature behavior of mean refractive index, ordinary and extraordinary refractive indices, birefringence, polarization anisotropy, fundamental polarization parameters, efective geometry parameter, microscopic ordinary parameter that are fundamental optical parameters of liquid crystals were determined during nematic↔isotropic liquid phase transitions. Besides, polycrystalline textures of these liquid crystals were presented for nematic↔isotropic liquid phase transitions.
Secondarily, 8CB, 9CB of cyanobiphenyl group and 8OCB liquid crystal of oxycyanobiphenyl group which exhibit nematic and smectic a mesophases in different temperature intervals were used and thermo-optical parameters of these liquid crystals were comperatively investigated during both direct and reverse smectic a-nematic-isotropic liquid phase transitions. Temperature behavior of mean refractive index, ordinary and extraordinary refractive indices, birefringence, polarization anisotropy, fundamental polarization parameters, efective geometry parameter, macroscopic ordinary parameter were analyzed during smectic a↔nematic↔isotropic liquid phase transitions. Thermo-optical parameters extraction studies were carried out under both monochromatic and polychromatic light sources. Monochromatic light sources severally had λ = 0.465 μm, λ = 0.525 μm, λ = 0.625 μm wavelenghts. 
In third section of this study, mixtures were composed by using 6CB and 8CB thermoropic liquid crystals belonging to cyanobiphenyl group in diffrent weight ratios. Temperature dependence of optical transmission and optical absorbtion parameters of mixtures were determined for both direct and reverse phase transitions. 
In this thesis, as part of fourth section, the thickness dependence of morphological properties of 6CB, 7CB, 8CB liquid crystals were investigated with various thickness of liquid crystalline layers. These investigations were carried out for not only nematic phase region but also isotropic liquid phase-nematic phase transition region. These liquid crystals were filled by capillary effect to sandwich cells which were assembled by non-alligned layers and then morphological properties of mentioned liquid crystals were analyzed. 
In last part of this study, we showed that periodic 1d patterns created in the SmA mesophase by applying a strong bend deformation in thin liquid crystalline films are indeed analogue to the intermediate phase of type-I superconductors. We created the patterns in the liquid crystal compound 8CB confined between two parallel surfaces that imposed incompatible planar and homeotropic anchoring conditions (hybrid anchoring conditions), and induced a splay-bend distortion of the nematic director. As the cell thickness was decreased, the amplitude of the bend deformation increased.