Koloit parçacıkların etkileşim potansiyel enerjilerinin video mikroskop yöntemiyle ölçülmesi
Measuring the interaction potential energy of colloidalparticles by video microscopy method
Yazar: NAİM TUNA TOKSÖZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ DENİZ KAYA
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Koloitler, teknoloji ve endüstride birçok uygulama alanına sahip olmakla kalmayıp, aynı zamanda bilimsel açıdan da önemli bir role sahiptirler. Örneğin, ışık mikroskobu ile mikrometre büyüklükteki küresel koloit parçacıklar, maddeyi oluşturan atom sistemlerine benzetilebilir ve faz geçişi mekanizması gibi istatistiksel mekaniğin temel problemlerini incelemek için bir model sistem olarak kullanılabilir. Küresel koloit parçacıkların yapıları atomik yapılar ile örtüşmektedir ve ışık mikroskobu sayesinde koloit parçacıkların konumları büyük bir hassasiyetle ölçülebilir. Böylelikle atom sistemlerinde teknolojik olarak mümkün olmayan eşzamanlı lokal ve dinamik ölçümler, koloit parçacıklar ve ışık mikroskobu kullanılarak eşzamanlı olarak yerine getirilebilir ve koloit sistemlerdeki yeni bulgular atom sistemlerindeki cevaplanamamış sorulara ışık tutabilir. Sıvı içerisindeki koloit parçacıklar arasındaki etkileşimler, bir asırdan fazladır çalışılmasına rağmen, tam olarak anlaşılamamıştır.  Koloit parçacıklar genellikle, çözücü moleküller, moleküler ölçekli iyonlar ve diğer yüklü yüzeyler ile birlikte karmaşık bir ortamda bulunur. Koloit parçacıkların dinamiği incelenmeden önce bunların hepsi dikkate alınmalıdır. Bu bileşenler arasındaki etkileşimler; oldukça güçlü itme, van der Waals etkileşimi, makro iyonlar (koloit küreler), sudaki iyonlar ve hidrodinamik çapraz bağlama ajanları arasındaki Coulomb etkileşimlerini içerir. Bu çalışmada, seçilen uygun polimerler Poli(N-izopropilakrilamid) (PNIPAM) kullanılarak hazırlanan koloit süspansiyonlarda parçacıklar arası etkileşim potansiyel enerjilerini ölçmek için dijital video mikroskop yöntemi ve sıvı yapı teorisi kullanılmıştır. Optik mikroskop ile doğrudan gözlemlenebilen, suda yayılan mikrometre boyutundaki koloit parçacıkların dinamiği incelenmiştir. Dijital görüntü analizi sayesinde koloit süspansiyonların incelenmesi anlık ve gözlemlenebilir olarak gerçekleştirilmiştir. Çalışmamızda mikron boyutunda PNIPAM hidrojel parçacıkları kullanılmıştır.  Sentezlenen koloit parçacıkların ısıya duyarlılığını ve büyüklüklerini kontrol ederek, bir optik mikroskop ile hareketleri kısıtlanmış geometriler içinde ve farklı sıcaklıklar altında etkileşimleri "eşzamanlı" olarak gözlemlenerek, fiziksel özellikleri ölçülmüştür. Çalışma sonucunda, video mikroskop yöntemi ile alınan veriler, görüntü işleme programı yardımıyla bir araya getirilerek koloit parçacıkların, etkileşim potansiyel enerjilerinin doğrudan hesaplanmıştır.

Abstract:
Colloids have many applications in technology and industry, but they also play an important role scientifically. For example, with the light microscope, micrometer-sized spherical colloid particles can be associated with atomic systems that make up matter and can be used as a model system to study basic problems in statistical mechanics such as the phase transition mechanism. The structure of colloidal systems are similar to atomic stuctures, and the positions of the colloid particles can be measured with great precision thanks to the light microscope. Thus, simultaneous local and dynamic measurements that are not technologically possible in atomic systems can be carried out simultaneously using colloid particles and light microscopy, and new findings in colloid systems can shed light on unanswered questions in atomic systems. The interactions between colloid particles in liquid are not fully understood, although they have been studied for more than a century. Colloid particles usually exist in a complex environment with solvent molecules, molecular-scale ions and other charged surfaces. All of these must be considered before examining the dynamics of colloid particles. Interactions between these components include; the extremely strong repulsion, van der Waals interaction, macro ions (colloid spheres), ions in water, Coulomb interactions among hydrodynamic crosslinking agents. In this study, digital video microscope method and liquid structure theory were used to measure the potential energies of double interaction between particles in colloid suspensions prepared using the selected polymers Poly (N-isopropylacrylamide (PNIPAAm). By controlling the sensitivity and size of the synthesized colloid particles to heat, the interactions of the synthesized colloid particles in restricted geometries and under different temperatures were observed simultaneously and its physical properties were measured. As a result of the study, the data obtained by the video microscope method were brought together with the help of the image processing program and the pair interaction potential energies of the colloid particles were directly calculated.