Ötektik sıvı kristal nanotel karışımlarının faz geçişlerinin termo-optik yöntemlerle incelenmesi

Abstract

Sıvı kristaller, yönelime bağlı olarak değişen optik ve elektriksel özelliklerinden dolayı günümüz ekran teknolojisinde ve diğer elektro-optik uygulamalarda en fazla kullanılan malzemelerden birisidir. Bu özelliklerin yönelime bağlı olması, sıvı kristal moleküllerinin yönelimini kontrol edebilme zorunluluğunu beraberinde getirmiştir. Sıvı kristaller, nematik fazda düşük viskoziteye sahiptirler. Düşük viskozite ise moleküllerin dış bir etken ile kolayca yönelimlerinin değişmesini sağlar. Mekanik, elektrik ve manyetik alan, yüzey etkisi moleküllerin yönelimini kontrol edebilmek için uygun yöntemlerdir. Fakat, bu yöntemler ile moleküllerin oluşturduğu düzende hatalar oluşabilmektedir. Bu nedenle moleküllerin yönelimini daha etkili bir şekilde kontrol edebilmek için sıkıştırma yöntemi kullanılmaktadır. Sıvı kristal uygulamalarına bakıldığında (LCD, sensör, optik anahtarlama, termometre) sıkıştırma etkisinin etkili bir yöntem olduğunu görürüz. Bu sebeple sıkıştırma ortamlarında moleküllerin fiziksel özellikleri önem kazanmaktadır. Bu tez çalışmasında ötektik E7 sıvı kristal karışımı, nano boyutta ve sert yüzeyi olan silindirik porlara sahip alümina (AAO) membranlar kullanılarak sıkıştırmanın sıvı 1kristal karışımının termal, yapı ve moleküler dinamik özelliklerine olan etkisi incelenmiştir. Karışımın karakterizasyonu diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC), X ışını kırınınımı (XRD), dielektrik spektroskopisi (DS) ile incelenmiştir. DSC ile elde edilen faz geçiş sıcaklıkları incelendiğinde sıkıştırılan E7 sıvı kristali için nematik-izotropik faz geçiş sıcaklığının 65 nm, 35 nm ve 25 nm çapları için por çapından bağımsız olduğu görülmüştür. Ayrıca boyut etkisi ile DSC sonuçlarında ve XRD kırınım desenlerinde 25 nm ve 35 nm çapları için nematik fazdan farklı olarak yeni bir faz geçişi gözlenmiştir. Dielektrik spektroskopisi ile incelenen moleküler dinamik özelliklerine bakıldığında ise por içerisine sıkıştırılan sıvı kristal moleküllerin dinamiğinin hızlandığı ve alfa relaksasyon sürecinin baskın olduğu gözlenmiştir. DSC ve DS ile elde edilen camsı geçiş sıcaklıklarına bakıldığında sıkıştırılımış olan E7 sıvı kristalinin camsı geçiş sıcaklığı por çapı azaldıkça düştüğü görülmüştür. Bu tez çalışmasının sonuçları, nematik faz aralığı geniş olduğundan teknolojik uygulamalar için uygun olan ötektik E7 sıvı kristal karışımının sıkıştırma ortamlardaki özellikleri açısından önem taşımaktadır. Anahtar Kelimeler: E7 ötektik sıvı kristal, Sıkıştırma etkisi, Alümina porlu membran, Faz geçiş sıcaklığı, Moleküler dinamik.

Liquid crystals are one of the most used materials in today's display technology and other electro-optical applications due to their optical and electrical properties, which change depending on orientation. The fact that these properties are directionally related entails the necessity to control the orientation of liquid crystal molecules. Liquid crystals have low viscosity in the nematic phase. Low viscosity allows molecules to easily change their orientation with an external factor. Mechanical, electrical and magnetic fields are suitable methods for controlling the orientation of molecules. However, these methods can lead to the deformations in the formation of molecules. For this reason, confinement method is used to control the orientation of the molecules more effectively. When we look at liquid crystal applications (LCD, sensor, optical switching, thermometer), we see that the confinement effect is an effective method. For this reason, the physical properties of the molecules become important in confinement areas. In this thesis study, the effect of confinement on the thermal, structure and molecular dynamic properties of the liquid crystal mixture was investigated by using eutectic E7 liquid crystal mixture, nano sized alumina (AAO) membranes with hard surface cylindrical pores. Characterization of the mixture was investigated by differential scanning calorimetry (DSC), X-ray diffraction (XRD), dielectric spectroscopy (DS). When the phase transition temperatures obtained by DSC were examined, it was found that the nematic-isotropic phase transition temperature for the confined E7 liquid crystal was independent of pore diameter for 65 nm, 35 nm and 25 nm diameters. In addition, a new phase transition which is different from nematic phase for diameters of 25 nm and 35 nm was observed in the DSC results and XRD patterns due to size effect. When the molecular dynamic properties investigated by dielectric spectroscopy, dynamics of liquid crystal molecules confined into the pores accelerate and the alpha relaxation process becomes dominate. When the glassy transition temperatures investigated with DSC and DS, it has been found that the glassy transition temperature of the confined E7 liquid crystal decreases as the pore diameter decreases.The results of this thesis work are important in terms of the characteristics of the eutectic E7 liquid crystal mixture which is suitable for technological applications because of its wide nematic phase range.Keywords: E7 eutectic liquid crystal, Confinement effect, Alumina porous membrane, Phase transition temperature, Molecular dynamics.