Modifiye nanopartikül katkılı terftalat türevi kiral sıvı kristallerin sentezi ve mesomorfik karakterizasyonu
The synthesis and mesomorphic characterization of terphthalate derived chiral liquid crystals doped with modified nanoparticles
Yazar: DUYGU ÖZTÜRK ÇİÇEKCİ
Danışman: PROF. DR. HALE OCAK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Sıvı kristaller, kendi kendine organize olmaları ve sıvı ile katı arasında ara faz özelliği göstermeleriyle, modern teknolojik uygulamalarda tercih edilen eşsiz moleküllerdir. Sıvı kristallerin sergilediği fiziksel, kimyasal ve optik özellikler moleküler yapılarıyla doğrudan ilişkilidir. Bu moleküller, düzen, düzensizlik ve hareketliliği moleküler düzeyde uyumlu bir şekilde birleştirir ve bunun sonucu çift kırınım, dielektrik anisotropi ve elektro-optik özellikler sergilerler. Tüm bu özellikleri sayesinde görüntü teknolojisi, yarı iletkenler, manyetik sistemler, biyosensörler, ilaç taşıyıcı sistemler, lazerler ve termal görüntüleme gibi uygulama alanlarında ileri teknolojik malzemeler olarak kullanılmaktadırlar.
Sıvı kristaller aynı zamanda nano ölçekli malzemeler için mükemmel bir aday olup, çeşitli nanomalzemelerin takviyesiyle daha gelişmiş özellikler sergileyerek uygulama alanlarını genişletmektedirler. Sıvı kristal materyaller metalik nanopartiküller ile katkılandırılarak elektro-optik (EO) özellikler iyileştirilebilmektedir. Örneğin; yüksek kendiliğinden polarizasyon değeri (Ps), hızlı elektro-optiksel cevap, düşük güç tüketimi gibi modern endüstriyel uygulamalar için aranılan özellikler kazandırılmaktadır.
Bu çalışmada, ilk aşamada bir uçta kiral (S)-2-dodesiloksipropil zincirin, diğer uçta polar siyano veya metoksi grubun yer aldığı terftalat türevi kiral çubuksu moleküllerin sentezi gerçekleştirilmiştir. Sentezi gerçekleştirilen moleküllerin yapısal karakterizasyonu 1H-NMR ve 13C-NMR spektroskopisiyle belirlenmiştir. Mesomorfik özellikleri diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC), polarize optik mikroskop (POM) ve elektro-optik (EO) çalışmalarla araştırılmıştır. Mesogenik molekül, setiltrimetilamonyum bromür (CTAB) ile modifiye edilmiş ZnO nanopartikülleri ve oktadesiltrimetoksisilan (ODMS) ajanıyla modifiye edilmiş Fe3O4 (Magnetit) nanopartikülleri ile farklı oranlarda katkılandırılmıştır. Yeni sıvı kristal esaslı kompozit malzemelerin morfolojik, termal ve manyetik özellikleri sırasıyla; taramalı elektron mikroskobu (SEM), termogravimetrik analiz (TGA) ve titreşimli numune manyetometresi (VSM) ile belirlenmiştir. Yeni sıvı kristal malzemelerin modifiye ZnO veya modifiye Fe3O4 (magnetit) nanopartikülleriyle katkılandırılmasının mesomorfik ve elektro-optik özelliklerindeki etkileri incelenmiştir.

Anahtar Kelimeler: Sıvı kristal, terftalat, (S)-2-dodesiloksipropil, siyano grup, nanopartikül

Abstract:
Liquid crystals are unique molecules that are preferred in modern technological applications due to their self-organization and interphase feature between liquid and solid. The physical, chemical and optical properties which are exhibited by liquid crystals are directly related with their molecular structure. These molecules harmoniously combine order, disorder, and mobility at the molecular level, resulting in birefringence, dielectric anisotropy, and electro-optical properties. By means of all these features, they are used as advanced technological materials in application areas such as display technology, semiconductors, magnetic systems, biosensors, drug delivery system, lasers and thermal imaging.
Liquid crystals are also excellent candidates for nanoscale materials, expanding their application areas by exhibiting more advanced properties with the reinforcement of various nanomaterials. Electro-optical (EO) properties can be improved by doping of liquid crystal materials with metallic nanoparticles. For example; it provides desired features for modern industrial applications such as high self-polarization value (Ps), fast electro-optical response, low power consumption.
In this study, the synthesis of terephthalate derivative chiral rod-like molecules with a chiral (S)-2-dodecyloxypropyl chain at one end and a polar cyano or methoxy group at the other end was carried out in the first step. The structural characterization of synthesized molecules was determined by 1H-NMR and 13C-NMR spectroscopy. The mesomorphic properties were investigated by differential scanning calorimeter (DSC), polarized optical microscope (POM), and electro-optical (EO) studies. The mesogenic molecule was doped with cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) modified ZnO nanoparticles and octadecyltrimethoxysilane (ODMS) modified Fe3O4 (Magnetite) nanoparticles at different rates. The morphological, thermal and magnetic properties of new liquid crystal based composite materials are respectively; determined by scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA), and vibrating sample magnetometry (VSM). The effects of doping new liquid crystal materials with modified ZnO or modified Fe3O4 (magnetite) nanoparticles on mesomorphic and electro-optical properties were investigated.

Keywords: Liquid crystal, terephthalate, (S)-2-dodecyloxypropyl, cyano group, nanoparticle