Development of polymeric gas sensors
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, KİMYA MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2023
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: ÖZGE BATIR
Danışman: Emre Büküşoğlu
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Uçucu organik bileşiklerin (UOB) tespiti, insan sağlığı üzerindeki zararlı etkilerinden dolayı önemli bir konudur. Çalışmanın ilk bölümünde, kolesterik sıvı kristallerden (KSK'ler) şablonlanan anizotropik polimerik filmlerin, 100 ppm mertebesinde konsantrasyonda UOB'lerin tanımlanmasındaki hassasiyetini arttırmayı amaçladık. Duyarlılığı artırmak için filmlere sarmal eksene paralel yönde gerinim uyguladık ve bunun duyarlılık üzerindeki etkisini değerlendirdik. Spesifik olarak, reaktif [4-(3-akriloyoksipropiloksi) benzoik asit 2-metil-1,4-fenilen ester (RM257)], reaktif olmayan E7 mezojen ve kiral katkı maddesi [4-(1-metilheptiloksikarbonil)fenil-4'ün LC karışımlarını kullandık. -heksiloksibenzoat)) (S-811)] bir kama hücresi kullanarak programlanmış gerinim profillerine sahip KSK-şablonlu polimerik filmleri sentezlemek için kullanıldı ve bir dizi toluen buhar konsantrasyonuna karşı tepkilerini ölçüldü. Elde edilen sonuçlara dayanarak, filmin rengindeki değişiklikten değerlendirilen uzamsal tepkilere dayalı olarak, kolesterik perdedeki gerinim ile sensörün hassasiyeti arasında bir ilişki olduğunu gösterdik. Sonuçlarımız, gerinimin, gerilmemiş muadillerine kıyasla sensörlerin hassasiyetini 15 kata kadar artırmaya yardımcı olduğunu gösterdi. Ayrıca, denge yanıtının %90'ına, UOB'lerin hızlı teşhisini sağlayarak bir dakikadan daha kısa sürede ulaşılmıştır. Sensörlerin tersine çevrilebilirliğine yönelik testlerimiz, KSK-şablonlu polimerik filmlerin, önemli bir hassasiyet kaybı olmadan birden çok kez kullanılabileceğini gösterdi. Bu yapıların özgüllüğünü ve yeniden kullanılabilirliğini artırmak ve yararlı uygulamalara başarılı bir şekilde entegre olmalarını sağlamak için hassasiyetle birlikte, çalışmanın ikinci bölümünde, poli(RM257) yapısında KSK-şablonlu polimerik filmler ve polidimetilsiloksana (PDMS) dayalı bir iç içe geçen polimerik ağ geliştirdik. Polimerik matristeki değişiklikleri optik olarak raporlamak için KSK yapılarını kullanan jenerik KSK bazlı iç içe geçen polimerik ağ sensörlerinin aksine, sensör performansını iyileştirmek için iç içe geçen polimerik ağ bileşenlerinin (hem KSK şablonlu hem de nüfuz eden polimerik yapılar) işbirlikçi yanıt verebilirliğini kullandık. PDMS yapısının elastik şişme davranışı, doygunluklarına kadar yüksek UOB buhar konsantrasyonlarına bile maruz kaldıktan sonra poli(RM257) polimerik sensörün dayanıklılığını ve yeniden kullanılabilirliğini artırdı. Hem poli(RM257) hem de iç içe geçen polimerik ağ filmlerin sensör testleri, toluen, heksan, aseton, etanol ve ayrıca su buharı olmak üzere dört farklı VOC buharına karşı gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar, PDMS ve poli(RM257) polimerik yapıların buharlara karşı sinerjik şişme davranışının, kazanılan özgüllük ve gelişmiş hassasiyet açısından sensör performansını doğrudan etkilediğini gösterdi. Ayrıca gerçek zamanlı deneyler, polimerik sensörlerin ölçüm doğruluğunun, tepkisinin ve toparlanma süresinin de iç içe geçen polimerik ağ 'nin geliştirilmesiyle iç içe geçen polimerik ağ olmayan muadillerine kıyasla önemli ölçüde iyileştiğini gösterdi. Bu çalışma, bileşen polimerlerin hedeflenen türlere karşı ayrıntılı tasarımı yoluyla çeşitli uygulamalara karşı sensörlerin daha fazla mühendisliğine yönelik bir vaat göstermektedir. Çalışmanın son bölümünde ise optik olarak aktif kiral metallomezojenlerin sentezlenmesi ve karakterize edilmesi amaçlandı. Literatürde sunulan çalışmalar ışığında, ortaya çıkan molekülün reaktif akrilat uç gruplarına, aminoalkollerin getirdiği kiral kısma ve Pd), Cu veya Zn olmak üzere üç farklı metal çekirdeğe sahip olduğu bir sentez yolu geliştirilmiştir. İlk olarak, kiral reaktif metallomezojenlerin kiral davranışları üzerinde metal çekirdek tipinin etkisini incelemeyi amaçladık. Bu nedenle kiral gruplar oluşturmak için (R)- ve (S)-2-amino-1-butanol aminoalkoller kullanıldı ve üç farklı metal asetat ile kompleksleştirildi; Pd, Cu ve Zn asetat. Pd ve Cu komplekslerinin kiral davranışı, optik karakterizasyon ile doğrulandı ve kiral molekülün sarmal burulma gücü (HTP) üzerinde metal çekirdek tipinin önemli bir etkisi gözlenmedi. Zn kompleksleri, Zn'nin kararsız tetrahedral yapısından dolayı kiral katkı maddesi gibi davranmadı. Ayrıca amino alkol kiral grubunun kiral reaktif metallomezojenlerin davranışı üzerindeki etkisini incelemeyi amaçladık. Fenil içeren veya içermeyen farklı alkil zincir uzunluklarına sahip dört farklı amino alkol daha kullandık ve bunları paladyum (II) asetat ile kompleks haline getirdik. Optik karakterizasyon sonuçları kiral grubunda fenil bulunan amino alkollerden sentezlenen komplekslerin kiral davranış sergilemediğini ortaya koymuştur. Dört farklı Pd kompleksinin kiral özelliklerini karşılaştırdığımızda, kiral grup zincir uzunluğundaki artışın zift boyutunu artırdığını ve kiral reaktif metallomezojenlerin HTP'sini azalttığını gözlemledik. Ayrıca kiral reaktif metalomesojenler, UV ışığı altında polimerize edildi ve optik karakterizasyon ve UV-görünür spektrofotometri ile doğrulandı.