Kolesterik sıvı kristal-polimer kompozitlerinin tek iğneli elektro-eğirme sistemi ile üretilmesi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of cholesteric liquid crystals-polymer composites by single needle electro-spinning
Yazar: CEYLAN MUTLU
Danışman: DOÇ. DR. ŞADAN ÖZDEN ; DOÇ. DR. ATİLLA EREN MAMUK
Muğla Sıtkı Koçman Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Sıvı kristal malzemeler başta ekran teknolojileri olmak üzere biyosensörler, ısı sensörleri, akıllı cam teknolojileri gibi günümüzdeki yaygın birçok teknolojinin temel elemanlarıdır. Bu yapıların gücü hem katı kristal yapının düzenini hem de sıvıların akışkanlığını aynı sistem içerisinde taşımalarıdır. Bu yapıların sözü edilen geniş kullanım alanı ve önemi nedeniyle üzerine yapılan araştırma ve geliştirmeler hem sayıca artmakta hem de derinleşmektedir. Kolesterikler, sıvı kristallerin bir mezofazıdır ve nematik sıvı kristale kiral molekülün eklenmesi ile meydana gelir. Kiral moleküller nematik sıvı kristal tabakaların sarmal şekilde burulmasına neden olur. Böylelikle kolesterik sıvı kristalin bant genişliğine denk olan ışık seçici olarak yansır. Elektro-eğirme ise yüksek voltajlı bir elektrik alan kullanarak polimer çözeltilerinden veya eriyiklerinden mikro- ve nano-kalınlıklarda lif üretim yöntemidir. Bu yöntem temelde polimer çözeltilerinin elektrik alan etkisi altında ince lifler haline getirilmesi prensibine dayanır ve geniş bir uygulama yelpazesine sahiptir.
Bu tez çalışmasında, ilk kez olarak, kolesterik faz sergileyen Cholesteryl stearate ve Cholesteryl oleyl carbonate kolesterik sıvı kristalleri polyacrylonitrile polimeri ile karıştırılarak tek-iğneli elektro-eğirme yöntemi kullanılarak nanolifler üretilmiştir. Sıvı kristaller, lif yapısında çekirdek malzeme olurken polimer malzeme ise kılıf yapısındadır. Her iki sıvı kristal-polimer çifti de farklı uygulama voltajlarında eğirilmişlerdir. Eğirilen liflerin optiksel, yapısal, kalorimetrik ve FTIR analizleri yapılmıştır. Analiz sonuçları göstermiştir ki Cholesteryl stearate - polyacrylonitrile lifleri düşük voltajlarda homojen yapıda eğirilebilmişken, yüksek voltajlarda lif uzun erimi boyunca homojensizlikler görülmüştür. Cholesteryl oleyl carbonate – polyacrylonitrile liflerinin ise tüm uygulama voltajı için lif uzun erimi boyunca uzamış boncuk yapılar (homojensizlikler) bulunmaktadır. Yapılan kalorimetrik ve FTIR çalışmaları ise sıvı kristallerin lif yapısında bulunduğunu kanıtlamıştır. Yapılan optik analizlerde tüm lif yapılarında sıvı kristal moleküllerin lif uzun ekseni yönünde kendiliğinden dizildikleri tespit edilmiştir.

Abstract:
Liquid crystals are the fundamental elements of many common technologies today, such as display, biosensors, heat sensors, smart glass technologies. The importance of these structures is that they have both the order of the solid crystal structure and the fluidity of liquids simultaneously. Due to the wide range of uses and importance of these structures, researches and developments on these structures are both increasing in number and deepening. Cholesterics are a mesophase of liquid crystals and are formed by the addition of a chiral molecule to a nematic liquid crystal. The chiral molecules cause helical twisting of the nematic liquid crystal layers. Thus, a light with wavelength equivalent to the bandwidth of the cholesteric liquid crystal is selectively reflected. Electro-spinning is a method of producing micro- and nano-thick fibers from polymer solutions or melts using a high-voltage electric field. This method is fundamentally based on the principle of forming polymer solutions into thin fibers under the influence of an electric field and has a wide range of applications.
In this thesis, for the first time, cholesteric liquid crystals of Cholesteryl stearate and Cholesteryl oleyl carbonate, which exhibit cholesteric phase, were mixed with polyacrylonitrile polymer and nanofibers were produced using single-needle electro-spinning method. Liquid crystals are the core material in the fiber structure while the polymer material is the sheath structure. Both liquid crystal-polymer pairs were spun at different application voltages. Optical, structural, calorimetric and FTIR analysis of the spun fibers were performed. The results of the analysis showed that cholesteryl stearate - polyacrylonitrile fibers could be spun in a homogeneous structure at low voltages, while at high voltages, inhomogeneities were observed along the fiber long-range. Cholesteryl oleyl carbonate - polyacrylonitrile fibers had elongated bead structures (inhomogeneities) along the fiber length for all application voltages. Calorimetric and FTIR studies proved that liquid crystals were present in the fiber structure. Optical analysis revealed that in all fiber structures, liquid crystal molecules were spontaneously aligned in the direction of the fiber long axis.