Geri Dön

Liquid crystal - templated synthesis of polymeric microparticles with complex nanostructures

Sıvı kristal şablonunda kompleks nanoyapılara sahip polimerik mikro parçacıkların sentezlenmesi

  1. Tez No: 573064
  2. Yazar: BURAK AKDENİZ
  3. Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRE BÜKÜŞOĞLU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2019
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 116

Özet

Sıvı kristaller, fotolitografi yöntemi ile birleştirildiğinde, iki ve üç boyutlu şekiller ve iç yapısı değiştirilebilen mikro parçacıkların sentezini sağlar. Yüzeyde istenilen yönelimde duran reaktif (RM257) ve reaktif olmayan mezojenlerin karışımları kullanılarak, nematik sıvı kristal filmleri hazırlandı, film içeriğindeki RM257 bir fotomaske kullanarak ultraviyole ışık yardımı ile polimerleşmesi sağlandı ve reaksiyona girmemiş mezojenlerin ekstraksiyonu ile polimer bazlı mikro parçacıkları elde edildi. Reaksiyona girmemiş mezojenlerin ekstraksiyonu sonrasında, RM257 içeriğine ve sıvı kristal yönelimine bağlı olarak kontrollü anizotrop büzülme gözlemlendi. Bunlara ek olarak, mikroparçacıkların en boy oranı, büyüklükleri ve kalınlıkları kontrol edildi ve %2'den daha az varyasyon katsayısına sahip parçacıklar elde edildi. Ek olarak, iki yüzeyde birbirine belli açılarla yerleştirilmiş sıvı kristal yönelimi kullanıldığında, sağa ya da sola doğru bükülmüş mikroparçacıkların oluşumu ile sonuçlandı (Bölüm 4). Bu sonuçların yanı sıra, mikroparçacıkların ilk şekillerini verebilmek için dairesel, üçgen, dikdörtgen, kare, yıldız ve kalp şekline sahip litografi maskeleri kullanıldı (Bölüm 5). Polimerleştirme öncesi sahip olunan reaktif ve reaktif olmayan mezojen karışımının konfigürasyonu, mikroparçacıkların kiral döngüde yapılar oluşturması veya istenilen yöne doğru bükülmesinin belirlenmesinde kritik bir rol oynadı. Polimer yapılı mikroparçacıkların kiral adım sayısının, sıvı kristallerin arasında belirlenen açı ile doğrusal bir ilişki olduğu, ama 1.5 µm ile 160 µm arasında değişen kalınlıktan ya da 100 µm ila 2,45 cm arasında değişen uzunluktan bağımsız olduğu gözlemlendi. Bununla birlikte, sıvı kristal moleküler şablonunun bükülmüş olduğu ortamda sentezlenen polimer bazlı mikroparçacıkları şekilleri, kritik olarak mikroparçacıkların kalınlığına bağlı olduğu gözlemlendi. Bunun, elastik enerji ile sıvı kristallerin yüzey yönelimi arasındaki karşılıklı etkileşimden kaynaklandığını gördük. Sıvı kristal elastisitesinin kritik rolü, 20 µm altındaki kalınlıklar için gözlenirken, 20 µm üzerindeki filmlerin kalınlığında ise sıvı kristallerin yüzey bağlantısının baskın olduğu gözlenmiştir (Bölüm 5). Sonuç olarak, önerilen yöntemin, mikroskobik ve makroskobik ölçeklerde değişen nesnelerin üç boyutlu mimarileri üzerinde hassas bir kontrol sağladığı gösterilmiştir. Bu çalışma içeriğinde sentezlenen parçacık şekilleri mimarileri ilaç salınımı, emülsiyonlar, ayırma prosesleri ve sensör gibi önemli uygulama alanlarında, bunun haricinde ise kendiliğinden düzenlenme ve koloidal etkileşimlerde üzerinde yeni temel kavramları ortaya çıkarılmasına üzerinde kullanılabilir.

Özet (Çeviri)

Liquid crystals (LC), when combined with photolithography, enable synthesis of microparticles with two- and three-dimensional shapes and internal complexities. We prepared films of nematic LCs using mixtures of reactive (RM257) and non-reactive mesogens (E7) with controlled alignment of LCs at the confining surfaces, photo-polymerized the RM257 using a photomask, and then extracted the unreacted mesogens to yield polymeric microparticles. The extraction resulted in a controlled anisotropic shrinkage with an amount dependent on the RM257 content and the direction dependent the on LC alignment. Moreover, control over the aspect ratio, size and thickness of the microparticles were obtained with a coefficient of variance less than 2%. In addition, non-parallel LC anchoring at the two surfaces resulted in a controllable right- or left-handed twisting of microparticles (Chapter 4). Besides these results, we used circular, triangular, rectangular, square, star and heart shaped lithography masks to provide initial shapes to the microparticles (Chapter 5). The configuration of the reactive and non-reactive mesogen mixtures maintained initially played a critical role in determining the chiral twisting and bending of the microparticles. We found that the pitch size of the bulk chiral twisting of the polymeric microparticles to depend linearly on the angle of chiral twist of the LCs, whereas it is independent of the length and thickness of the objects ranging from 1.5 µm to 160 µm in thickness and 100 µm to 2.45 cm in length. The shapes of the polymeric microparticles synthesized from LC films with bent in the ordering of LC molecular templates, however, were critically dependent on the thickness of the microparticles. We found that this was due to the interplay between the elastic energy and surface anchoring of the LCs. The critical role of LC elasticity was observed for thicknesses below 20 µm, whereas surface ordering played critical role on the thickness of the films above 20 µm (Chapter 5). Overall, the proposed method was shown to provide a precise control over the three-dimensional architectures of the objects ranging sizes covering the microscopic and macroscopic scales. The library of the microparticles demonstrated in this study may find substantial use in applications including drug delivery, emulsions, separations and sensors, besides their potential in revealing new fundamental concepts in self-assembly and colloidal interactions.

Benzer Tezler

  1. Synthesis and characterization of sensor microparticles templated from cholesteric liquid crystals

    Kolesterik sıvı kristal şablonlu sensör mikro parçacıkların üretimi ve karakterizasyonu

    DENİZ IŞINSU AVŞAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. EMRE BÜKÜŞOĞLU

  2. Design of functional materials using liquid crystals as molecular templates

    Sıvı kristallerin moleküler şablon olarak kullanılmasıyla fonksiyonel malzemelerin tasarlanması

    ASLI KARAUSTA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2018

    Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRE BÜKÜŞOĞLU

    PROF. DR. HALİL KALIPÇILAR

  3. Controlled synthesis of organic-inorganic composite particles

    Organik-inorganik kompozit parçacıkların kontrollü sentezlenmesi

    ELİF ERÇELİK

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. EMRE BÜKÜŞOĞLU

    PROF. DR. NİHAL AYDOĞAN

  4. Sürfaktan varlığında sentezlenen poli (n-[3-(dimetilamino)propil] metakrilamid) hidrojellerinin mekanik dayanımları

    Mechanical strenghts of poly (n-[3-(dimetylamino)propyl] methacrylamide) hydrogels synthesized in the presence of surfactant

    CANSU KOZBEKCİ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CANDAN ERBİL

  5. Development of polymeric gas sensors

    Polimerik gaz sensörlerin geliştirilmesi

    ÖZGE BATIR

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. EMRE BÜKÜŞOĞLU

    DOÇ. DR. ERHAN BAT