Azobenzen esaslı sıvı kristallerin ve kiral nanokompozitlerinin sentezi, karakterizasyonu, mesomorfik özelliklerinin incelenmesi
Synthesis, characterization, investigation of mesomorphic properties of azobenzene based liquid crystals and their chiral nanocomposites
Yazar: BARIŞ SEZGİN
Danışman: PROF. DR. TAHİR TİLKİ ; PROF. DR. HALE OCAK
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Sıvı kristaller, birçok modern teknolojide önemli bir rol oynayan malzemelerdir. Azobenzen esaslı sıvı kristal malzemeler, foto ışınlama üzerine tersinir trans-cis izomerizasyonu nedeniyle özel ilgi görmektedir. Bu tez çalışmasında, azobenzen esaslı kalamitik sıvı kristal moleküller ve UV ışınlarına maruz kaldığında bir faz veya morfoloji değişimini mümkün kılmak üzere özel olarak tasarlanmış azobenzen esaslı bent-core molekülü sentezlenmiştir. Bağlantı grubu değişikliklerinin, terminal zincir uzunluklarının ve polar grup sübstitüsyonunun sıvı kristal faz davranışı üzerindeki etkisi ayrıntılı olarak incelenmiştir. Işığa duyarlı bir yapı taşı olan azobenzen, nano ölçekli düzeyde kiralite transferine ışık tutmak için hem sıvı kristal konakta hem de kiral çözünenleri üretmek için kullanılmıştır.

Selüloz nanokristaller (CNC'ler), son birkaç yıldır oldukça çekici malzemeler haline gelerek esnek optik ve fotonik filmlerin, tıbbi implantların, fonksiyonel nanokompozitlerin ve yara örtüleri gibi ürünlerin üretiminde kullanılmakta olup azobenzen işlevli selüloz nanokristallerin (CNC'ler), nematik bir sıvı kristalde (N-LC) foto değiştirilebilir kiral çözünen maddeler olarak hareket edebildiğini doğrulanmıştır. Ayrıca, yüksek derecede güçlü kiral indükleyiciler olarak kolesterol kaplı altın nanoçubuklardan kiralite transferinin, azobenzenlerin UV ışıması ile tersinir trans-cis fotoizomerizasyonuna dayanan azobenzen esaslı nematik sıvı kristal (N-LC) barındıran katkı maddeleri aracılığıyla sarmal adım (p) ve dolayısıyla heliks dönme gücünde (βw) meydana gelen değişikliklerle ayarlanabileceğini gösterilmiştir. Aynı zamanda, UV ışınlamasının nano ölçekte uygun şekilde tasarlanmış bent-core yapıların yapısal ve morfolojik kontrolü için bir araç olarak kullanılabileceğini gösterilmiştir. Bu genel yaklaşım, uygun yüzey modifikasyonuna sahip hem CNC'lerin hem de altın nanoçubukların, LC fazlarında ortak küçük moleküllü organik kiral çözünenler gibi uyarlanabileceğini ve kullanılabileceğini göstermektedir.

Özellikle, foto-aktif sıvı kristaller, yüksek seviyede yönlendirme ve hareket kontrolü sağlayarak, kiral fotonik için akıllı nanomimari malzemelerin ve yumuşak aktüatörlerin tasarımında önemli bir rol oynayabilirler. Bu malzemeler, optik, elektronik ve manyetik özellikleri birleştiren fonksiyonel nanokompozitlerin üretiminde kullanılabilirler. Ayrıca, foto-aktif sıvı kristaller, uyaranlara duyarlı yapılar gerektiren tıp, robotik ve diğer endüstrilerde de çeşitli uygulamalar bulabilirler. Sonuç olarak, foto-aktif sıvı kristallerin geliştirilmesi, gelecekteki birçok yenilikçi teknolojinin temelini oluşturacaktır.

Abstract:
Liquid crystals are materials that play an important role in many modern technologies. Azobenzene-based liquid crystal materials are of particular interest due to their reversible trans-cis isomerization upon photoirradiation. In this thesis, azobenzene-based calamitic liquid crystal molecules and a specially designed azobenzene-based bent-core molecule were synthesized to allow a phase or morphology change with UV irradiation. The effect of linking group changes, terminal chain lengths, and polar group substitutions on the liquid crystal phase behavior was investigated in detail. Azobenzene as a photoresponsive building block was used to generate both liquid crystal hosts as well as chiral solutes; the latter to shine light into the transfer of chirality at the nanoscale level.

Cellulose nanocrystals (CNCs) have become highly attractive materials in recent years, finding use in the production of flexible optical and photonic films, medical implants, functional nanocomposites, and wound dressings, among other products. We confirmed that azobenzene-functionalized cellulose nanocrystals (CNCs) can act as photoswitchable chiral solutes in a nematic liquid crystal (N-LC). We further showed that chirality transfer from cholesterol-capped gold nanorods, as highly potent chiral inducers, can be tuned via azobenzene-based nematic liquid crystal (N-LC) hosts additives based on reversible trans-cis photoisomerization of azobenzenes by UV irradiation as indicated by the ensuing changes of the helical pitch (p), and thus, the helical twisting power (βw). We also demonstrated that UV irradiation can be used as a tool for the structural and morphological control of properly designed bent-core structures at the nanoscale. This overall approach demonstrates that both CNCs and gold nanorods with proper surface modification can be adapted and employed just as common small molecule organic chiral solutes in LC phases.

In particular, photoactive liquid crystals could play an important role in the design of smart nanoarchitecture materials and soft actuators for chiral photonics, providing a high level of orientation and motion control. These materials can be used in the production of functional nanocomposites that combine optical, electronic, and magnetic properties. Additionally, photoactive liquid crystals may find various applications in medicine, robotics, and other industries that require stimuli-responsive structures. As a result, the development of photoactive liquid crystals will form the basis for many future innovative technologies.