Yeni kiral çubuksu sıvı kristallerin grafen oksit katkılıkompozitleri
New graphene oxide doped composites of chiral rod-like liquid crystals
Yazar: ŞEVVAL ÖZTEKİN
Danışman: PROF. DR. HALE OCAK GÜMRÜKÇÜ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Sıvı kristaller hem sıvı hem de kristal özelliklerine sahip olan maddenin ara bir halidir. Kiral sıvı kristal fazlar, akiral analoglarına kıyasla benzersiz mesomorfik ve elektro-optik özellikler sergiler. Kiralitenin kalamitik sıvı kristal (LC) moleküllerine dahil edilmesi, molekül yapısında makroskobik bir bükülme oluşturarak kiral nematik fazların ve mavi fazların yanı sıra çekici özelliklere sahip smektik sıralı fazların meydana gelmesini sağlar. Bu fazlar, sıvı kristallerin yapısal düzenlemeleri ve optik performansları açısından önemli avantajlar sunar.
Grafen oksit (GO), yüksek mekanik dayanımı, kimyasal işlevselleştirme kabiliyeti ve geniş yüzey alanı ile dikkat çekici bir malzemedir. GO yapısı, oksijen eksikliği olan bölgelerin varlığı sebebi ile kiral karbonlara sahiptir. Bu sebeple, kiral sıvı kristallerle katkılandırılan GO benzersiz özelliklere sahip eşsiz bir yapı ortaya çıkarır.
Kiral sıvı kristallerin grafen oksit katkılı kompozitleri hem kiralitenin hem de grafen oksitin üstün özelliklerini birleştirerek yeni ve gelişmiş mesomorfik ve elektro-optik özelliklere sahip malzemeler oluşturur. Bu kompozitler, ileri teknoloji uygulamalarında büyük potansiyel taşır ve optoelektronik cihazlar, ilaç taşıma sistemleri, sensörler ve görüntüleme sistemleri gibi alanlarda önemli gelişmeler vaat eder. Bu tez çalışmasında ilk olarak birbirine ester bağlantı birimleriyle bağlanan ve bir ucunda (S)-2-n-dodesiloksipropil zinciri, diğer ucunda metoksi ve polar siyano grubu taşıyan üç aromatik halkadan oluşan yeni bir benzoat türevi kiral moleküllerin sentezi gerçekleştirilmiştir. Sentezlenen moleküllerin FT-IR, 1H ve CNMR spektroskopisi ile yapısal karakterizasyonları belirlenmiştir. Diferansiyel taramalı kalorimetre (DSC) kullanılarak mesomorfik özellikleri aydınlatılmıştır. Ardından sentezlenen yeni sıvı kristal moleküller, oleik asitle modifiye edilmiş 1 nm boyutlu tek katmanlı grafen oksit ile %1,0 (ağırlıkça %) oranında katkılandırılmıştır. Oleik asitle modifiye edilen GO nanopartiküllerinin karakterizasyonları SEM ile, yeni sıvı kristal esaslı kompozitlerin morfolojik ve termal özellikleri sırasıyla taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve termogravimetrik analiz (TGA) ile belirlenmiştir. 
Anahtar Kelimeler: Kiralite, grafen oksit, (S)-2-n-dodesiloksipropil, sıvı kristal, nanokompozit

Abstract:
Liquid crystals are intermediate states of matter that have both liquid and crystal properties. Chiral liquid crystal phases exhibit unique mesomorphic and electrooptical properties compared to their achiral analogues. The introduction of chirality into calamitic liquid crystal (LC) molecules creates a macroscopic twist in the molecular structure, resulting in the formation of chiral nematic phases and blue phases, as well as smectic ordered phases with attractive properties. These phases offer significant advantages in terms of structural arrangement and optical performance of liquid crystals.
Graphene oxide (GO) is a remarkable material with its high mechanical strength, chemical functionalization ability and large surface area. The GO structure has chiral carbons due to the presence of oxygen-deficient regions. Therefore, GO doped with chiral liquid crystals creates a unique structure with unique properties. Graphene oxide-doped composites of chiral liquid crystals combine the superior properties of both chirality and graphene oxide to create materials with new and improved mesomorphic and electro-optical properties. These composites hold great potential in high-tech applications and are used in optoelectronic devices, drug delivery systems, sensors and imaging. It promises significant developments in areas such as systems.
In this thesis study, firstly, a new benzoate derivative chiral molecule consisting of three benzene rings connected to each other by ester linking units and carrying (S)- n-2-dodecyloxypropyl chain at one end and methoxy and polar cyano groups at the other end were synthesized. Structural characterizations of the synthesized molecules were determined by FT-IR, 1H and 13C-NMR spectroscopy. Mesomorphic properties were elucidated using differential scanning calorimetry (DSC). Then, the newly synthesized liquid crystal molecules were doped with 1 nm sized monolayer graphene oxide modified with oleic acid at the rate of 1.0% (wt%). The characterization of oleic acid-modified GO nanoparticles was determined by SEM and the morphological and thermal properties of the new liquid crystal-based composites were determined by scanning electron microscopy (SEM) and thermogravimetric analysis (TGA), respectively. 
Keywords: Chirality, graphene oxide, (S)-2-n-dodecyloxypropyl, liquid crystal, nanocomposite