Laktat türevi yeni muz şekilli sıvı kristaller ve kompozitlerinin sentezi, mesomorfik ve elektro-optik özelliklerinin incelenmesi
Lactate derived new banana-shaped liquid crystals and their composites: Synthesis, characterization and investigation of electro-optical properties
Yazar: AYKUN ÖZKONSTANYAN
Danışman: PROF. DR. HALE OCAK
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Moleküler düzen ve akışkanlığın aynı molekülde buluştuğu sıvı kristal sistemler, gösterge teknolojisi başta olmak üzere, sensör, termal görüntüleme, ilaç taşıyıcı sistemler, yarı iletken ve lazer gibi uygulamalarda kullanılmaktadır. Moleküler düzen gerektiren teknolojik uygulamalar için yeni sıvı kristal moleküllerin sentezi ve mesomorfik özelliklerinin incelenmesi önem teşkil etmektedir.
Bükülmüş çekirdekli (muz şekilli) moleküller, çeşitli geometriye sahip termotropik sıvı kristal bileşiklerle karşılaştırıldığında, sergiledikleri mesofaz zenginliği, polar düzen ve ferroelektrik/antiferroelektrik çevrilme davranışları nedeniyle klasik sıvı kristal molekül tasarımlarından farklıdır. Muz şekilli moleküllerin tasarımında, merkezi ve çubuksu ünitelerin yapısı, uç zincirlerin çeşidi ve uzunluğu ile bağlayıcı grupların etkisi, mesofaz türlerinde ve geçiş sıcaklıklarında önemli değişikliklere neden olmaktadır. Günümüzde sıvı kristal moleküllerin multi-fonksiyonel özellikler sergilemesi için kompozit malzemeler olarak kullanımı artmaktadır. Sıvı kristal esaslı aygıtlar, yüksek kendiliğinden polarizasyon (Ps), voltaja hızlı yanıt ve düşük güç tüketimi gibi daha iyi elektro-optik özellikler elde etmek için çeşitli metal oksit nanopartiküller ile katkılandırılmaktadır. Fe3O4 nanopartikülleri fiziksel, kimyasal ve manyetik özellikleri ile biyoilaç, kataliz, ilaç taşınımı, bilgi saklama teknolojisi gibi çeşitli uygulama alanlarında kullanım için dikkat çekmektedir.
Bu çalışmada, öncelikle farklı alifatik zincir uzunlukları içeren (S)-2-(n-Alkiloksi)propoksi veya (S)-2-(n-Alkiloksi)propanoat uç zincir taşıyan, benzoat veya terftalat esaslı çubuksu ünitelere sahip üç yeni seri muz şekilli sıvı kristal moleküllerin sentezi, karakterizasyonu, mesomorfik ve elektro-optik özelliklerinin incelenmesi gerçekleştirilmiştir. Uygun sıvı kristal bileşikler oktadesiltrimetoksisilan (ODMS) ile modifiye edilmiş Fe3O4 nanopartikülleri ile kütlece farklı oranlarda katkılandırılarak kompozit malzemeler elde edilmiştir. Sentezlenen saf sıvı kristal bileşiklerinin yapıları klasik spektroskopik yöntemler (1H-NMR, 13C-NMR, FTIR ve MS), kompozit malzemelerin morfolojik, termal ve manyetik özellikleri sırasıyla; taramalı elektron mikroskobu (SEM), termogravimetrik analiz (TGA) ve titreşimli numune manyetometresi (VSM) ile karakterize edilmiştir. Yeni sıvı kristal bileşikleri ve ilgili kompozit malzemelerin mesomorfik özellikleri diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC), polarize optik mikroskop (POM) ve elektro-optik (EO) incelemeler ile araştırılmıştır.

Abstract:
Liquid crystal systems, where molecular order and fluidity meet in the same molecule, are used in applications such as sensor, thermal imaging, drug delivery systems, semiconductor and laser, especially in display technology. For technological applications that require molecular order, the synthesis of new liquid crystal molecules and the investigation of their mesomorphic properties are important.
Bent-core (banana-shaped) molecules differ from classical liquid crystal molecule designs due to the mesophase richness, polar order, and ferroelectric/antiferroelectric switching behavior which they exhibit, compared to thermotropic liquid crystal compounds with various geometries. In the design of banana-shaped molecules, the structure of central and rod-like units, the type and length of end chains, and the effect of linker groups give rise to significant changes in mesophase types and transition temperatures. Nowadays, the use of liquid crystal molecules as composite materials is increasing to exhibit multi-functional properties. The liquid crystal-based devices are doped with various metal oxide nanoparticles to obtain better electro-optical properties, such as high spontaneous polarization (Ps), fast response to voltage, and low power consumption. Fe3O4 nanoparticles, with their physical, chemical, and magnetic properties, draw attention for use in various application areas such as biomedicine, catalysis, drug delivery, and information storage technology. 
In this study, firstly the synthesis, characterization and investigation of mesomorphic and electro-optical properties of three new series of banana-shaped liquid crystal molecules with benzoate or terephthalate-based rod-like units bearing (S)-2-(n-alkyloxy)propoxy or (S)-2-(n-alkyloxy)propanoate end chains containing different aliphatic chain lengths were carried out. Composite materials were obtained by doping the appropriate liquid crystal compounds with Fe3O4 nanoparticles modified with octadecyltrimethoxysilane (ODMS) at different mass ratios. The structures of the synthesized pure liquid crystal compounds were characterized using classical spectroscopic methods (1H-NMR, 13C-NMR, FTIR, and MS), while the morphological, thermal, and magnetic properties of the composite materials were characterized by using scanning electron microscopy (SEM), thermogravimetric analysis (TGA), and vibrating sample magnetometer (VSM), respectively. The mesomorphic properties of the new liquid crystal compounds and related composite materials were investigated by differential scanning calorimetry (DSC), polarized optical microscopy (POM) and electro-optical (EO) investigations.