Çoklu katyon ortamında polielektrolit faz geçiş dinamiğinin ışık saçılımı yöntemi ile incelenmesi
Investigatin of phase transmission dynamics in multiple cation environment by light scatter method
Yazar: GÖKHAN ÖZYAMAN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ DENİZ KAYA
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Polielektrolitler suda iyonlaşarak çözünen polimer yapılardır. Tüm yaşam formlarında bulunan, biyoteknoloji, gıda ve ilaç endüstrisinde sıklıkla kullanılan polielektrolitlerin faz durumları, polimer yoğunluğu, çözücü çeşidi, iyon-tuz yoğunluğu ve sıcaklık parametrelerine bağlıdır. Zincir yapısından dolayı entropik durumları ve ortamdaki elektrostatik Coulomb kuvvetlerden dolayı uzun menzilli etkileşimler, polielektrolitlerin faz yapısını ve faz geçiş dinamiğini karmaşık hale getirmektedir. Bu tez çalışmasında esnek bir polielektrolitin çoklu katyon ortamında yoğunluğa ve sıcaklığa bağlı olan faz diyagramı ve faz geçiş dinamiği deneysel olarak çalışılmıştır.
Bu çalışmanın ilk bölümünde, suda çözünebilen esnek polielektrolit olan Sodyum Polistiren Sülfonat (NaPSS) Baryum Klorür (BaCl2) tuzuyla oluşturduğu ikili çözelti sisteminin sıcaklığa bağlı faz geçiş diyagramı deneysel olarak ölçülmüş ve faz geçiş dinamikleri farklı polielektrolit konsantrasyonlarda araştırılmıştır. İkinci kısımda ise, sistemdeki  iyon çeşitliliği arttırılarak NaPSS , BaCl2 sistemine ek olarak, Sodyum Klorür (NaCl) tuzu eklenmiş ve  oluşan üçlü çözelti sistemin fazları ve faz geçiş dinamiği çalışılmıştır.
Çözeltilerin ışık geçirgenliği ölçülerek faz diyagramı çıkarıldıktan sonra kritik sıcaklık etrafında farklı ani soğutma derecelerinde meydana gelen faz geçiş dinamiği Küçük Açılı Işık Saçılımı deneysel yöntemiyle detaylı bir şekilde incelenmiştir. Elde edilen veriler ve görüntülerin analizi Labview programıyla yapılmıştır.
Yapılan deneyler sonrasında milimolar düzeyindeki iyon yoğunluğunun faz diyagramını değiştirdiği görülmüştür. Hem ikili ve hem de üçlü sistemde ani soğuma adımlarının faz dinamiği üzerindeki etkileri incelenmiştir. Bulgular sonucunda faz geçişlerinin baskın bir yoğunluk popülasyonunun büyümesi ile  meydana gelmediği, hem ikili hem de üçlü sistemde bir araya gelen polielektrolitlerin kritik bir büyüklüğe ulaşmadan her ölçekte faz geçişini tamamladığı görülmüştür. Nötr polimer sistemlerini açıklayan faz geçiş teorileri, polielektrolit faz geçişini açıklamakta eksik kalmaktadır.

Abstract:
Polyelectrolytes are polymers that dissolve in water by ionization. Polyelectrolytes are ubiquitous in all life forms and are frequently used in biotechnology, food and pharmaceutical industries. The phase diagrams of polyelectrolytes depend on concentration of polymer, type of the solvent, salt and ion concentration and temperature. Entropy due to its chain confirmation and Coulomb electrostatic forces in the polar solvent environment make the study of the phase structures and phase transition dynamics complicated. In this thesis, phase diagram and phase transition dynamics of flexible polyelectrolyte in a multi-cation environment have been studied experimentally. 
In the first part of the study, phase diagram of a system of water soluble flexible polyelectrolyte Sodium PolyStyrene Sulfonate (NaPSS) and divalent salt Barium Chloride (BaCl2) has been measured and the dynamics of phase transition has been investigated at various polyelectrolyte concentrations. In the second part, Sodium Chloride (NaCl) salt has been added to the dual system. Phase diagram and the dynamics of phase transition of this tertiary system has been studied.
The phase diagram was constructed by measuring the light transmission of the solutions and the dynamics of phase transition at various temperature quenches around the critical temperature has been investigated thoroughly by the Small Angle Light Scattering method. Data and image analysis have been accomplished by codes written in the LabView program.  
 After the performed experiments salt concentration at millimolar level has been found to change the phase diagram. The effect of temperature quenches on the dynamics of phase diagrams have been studied in both double and tertiary systems. The phase change in both systems do not evolve via the dominant concentration population with a critical size, but the phases grow at each size simultaneously. The current phase transition theories of neutral polymer systems fail to explain this outcome of polyelectrolyte phase transition.