Liquid crystal - templated synthesis of polymeric microparticles with complex nanostructures
Sıvı kristal şablonunda kompleks nanoyapılara sahip polimerik mikro parçacıkların sentezlenmesi
- Tez No: 573064
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRE BÜKÜŞOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- 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
- 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
2020
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. EMRE BÜKÜŞOĞLU
- Design of functional materials using liquid crystals as molecular templates
Sıvı kristallerin moleküler şablon olarak kullanılmasıyla fonksiyonel malzemelerin tasarlanması
ASLI KARAUSTA
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ EMRE BÜKÜŞOĞLU
PROF. DR. HALİL KALIPÇILAR
- Controlled synthesis of organic-inorganic composite particles
Organik-inorganik kompozit parçacıkların kontrollü sentezlenmesi
ELİF ERÇELİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRE BÜKÜŞOĞLU
PROF. DR. NİHAL AYDOĞAN
- 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
- Development of polymeric gas sensors
Polimerik gaz sensörlerin geliştirilmesi
ÖZGE BATIR
Doktora
İngilizce
2023
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRE BÜKÜŞOĞLU
DOÇ. DR. ERHAN BAT
