ZnO nanopartikül katkılı yeni kalamitik sıvı kristallerin sentezi ve mesomorfik incelemeleri
Synthesis and mesomorphic investigation of new calamitic liquid crystals doped with ZnO nanoparticles
Yazar: YAĞMUR BİNGÖL
Danışman: PROF. DR. HALE OCAK ; DOÇ. DR. HATİCE HANDE MERT
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Sıvı kristaller, katı ve sıvılar arasındaki maddenin halini temsil eder. Günümüzde sıvı kristaller LCD ekranlar, sensörler, optik sistemler ve dijital göstergeler başta olmak üzere birçok alanda kullanılmaktadır. Kalamitik sıvı kristaller düz çubuksu bir çekirdek ve çekirdeğin iki ucunda bulunan hareketli sübstitüentlerden oluşur. Ayrıca aromatik halkalar arasında yer alan bağlantı birimleri, molekülün esnekliğini ve uzunluğunu arttırır ve mesofazın ortaya çıkması için uygun bir geometri sağlar.
Nanopartiküller ilginç elektro-optik, elektrik ve dielektrik özelliklere sahip yeni hibrid malzemelerin eldesi ve mevcut özelliklerin iyileştirilmesi için sıvı kristallere eklenmektedirler. ZnO nanopartiküller, eşsiz lüminesans özellikleri, mekanik ve termal kararlılıkları, toksik olmamaları, biyouyumlulukları ve düşük maliyetleri nedeniyle tercih edilmektedirler. Gaz sensörleri, güneş pilleri, lüminesans malzemeler, şeffaf iletken kaplamalar gibi çeşitli cihazlarda optik ve elektrik özellikleri nedeniyle yer almaktadırlar. ZnO nanopartikül katkılı ferroelektrik sıvı  
kristal sistemlerde, elektro-optik aygıtlar için önemli olan düşük voltaj tüketimi ve iyileşmiş optik kontrast ortaya çıkmaktadır.
Bu çalışmada, ester bağlantı gruplarıyla birbirine bağlanmış dört aromatik halkadan oluşan bir tarafı polar grubun sübstitüe olduğu, diğer tarafta (S)-3,7-dimetiloktiloksi kiral uç zincirin yer aldığı kalamitik sıvı kristallerin dizaynı, sentezi, yapısal ve mesomorfik karakterizasyonu gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen bileşiklerin yapıları 1H-NMR ve 13C-NMR ile aydınlatılmış olup sıvı kristal özellikleri optik polarizasyon mikroskobu ve diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) ile belirlenmiştir. Elde edilen sıvı kristal moleküle, yüzeyi setiltrimetilamonyum bromür ile çözeltide fiziksel adsorpsiyon tekniği yoluyla modifiye edilmiş ZnO nanopartiküllerin katkılandırılmasıyla yeni kompozit malzemeler elde edilmiştir. Modifiye edilen ZnO nanopartiküllerin karakterizasyonu FT-IR ve SEM ile, hazırlanan LC/nanokompozit malzemenin özellikleri SEM, DSC ve polarizasyon mikroskobu ile incelenmiştir.

Abstract:
Liquid crystals represents state of matter between the solid and liquids. Today, liquid crystals are used in many fields, especially in LCD displays, sensors, optical systems and digital displays. Calamitic liquid crystals consist of a flat rod-like core and mobile substituents located at both ends of the core. In addition, the link units located between the aromatic rings increase the flexibility and length of the molecule and provide a suitable geometry for the emergence of mesophase.
Nanoparticles are added to liquid crystals to obtain new hybrid materials with interesting electro-optical, electrical and dielectric properties and to improve existing properties. ZnO nanoparticles are preferred because of their unique luminescence properties, mechanical and thermal stability, non-toxicity, biocompatibility and low cost. They are involved in various devices such as gas sensors, solar cells, luminescent materials, transparent conductive coatings due to their optical and electrical properties. Ferroelectric liquid crystal systems doped with ZnO nanoparticles result in lower voltage consumption and improved optical contrast, which is important for electro-optical devices.
In this study, the design, synthesis, structural and mesomorphic characterization of calamitic liquid crystals, consisting of four aromatic rings linked by ester linking groups, with a polar group on one side and a (S)-3,7-dimethyloctyloxy chiral end chain on the other side, were carried out. The structures of the synthesized compounds were elucidated with 1H-NMR and 13C-NMR, and their liquid crystal properties were determined by optical polarization microscopy and differential scanning calorimetry (DSC). New composite materials were obtained by doping ZnO nanoparticles, the surface of which was modified with cetyl trimethyl ammonium bromide through physical adsorption technique in solution, to the obtained liquid crystal molecule. The characterization of the modified ZnO nanoparticles was investigated by FT-IR and SEM, and the properties of the prepared LC/nanocomposite material were investigated by SEM, DSC and polarization microscope.