Likit Kristaller Polimerler (LCP)

Transkript

1 LİKİT KRİSTAL POLİMERLER Likit Kristaller Sıvı kristal, üç boyutlu kristal yapı olmaksızın, anizotropik özellikte sıvı ve katı faz arasında yer alan termodimik kararlı fazdır. Katı ve sıvı faz arasındaki sıcaklıklarda yer alan Mezo-fazdır. LC de moleküllerin, 3-boyutlu kristalin bir yapıları yoktur, fakat yönlenme (1-boyut) gösterirler.

2 Likit Kristaller Polimerler (LCP) LCP, uygun sıcaklık, basınç ve konsantrasyonda sıvı kristal mezofaz olarak bulunan (çözelti içindeyken kristalin dizilen), malzeme. Bu tür sıvılar anizotropiktir; düzenli bölgelere mezofazlar denir. Sıvı Kristal Polimer (LCP): Uygun sıcaklık, basınç ve konsantrasyonda sıvı kristal mezofaz olarak bulunabilen polimerdir. Sıvı Kristal Görüntüleme (LCD): Sıvı kristallerin ışık modülasyon özelliklerinin kullanıldığı panel, elektronik, veya video görüntüleme tekniğidir. Sıvı kristaller ışığı doğrudan yayımlamazlar. Sıvı Kristal Elastomer (LCE): Sıvı kristal yapılı uzun, çapraz bağlı zincirlerin bulunduğu kauçuksu malzemedir.

3 Likit Kristal Polimerlerin Taşıması Gereken Özellikler Moleküler anizotropi gerekir. Polimerlerde molekülün uzun olması gerekir. Moleküller sert çubuk şeklinde olmalı (kimyasal yapıya bağlı). Moleküler sertlik (esnemezlik) LC davranışın nedenidir. LC sadece 1 veya 2-boyutlu düzen göstermelidir LC akışkanlık ve düşük viskozite gösterebilmelidir (polimerlerde viskozite yüksektir!) Moleküllerin belirli bölümleri disk veya çubuk şeklinde olmalıdır. Malzeme katı-lc ve LC-sıvı olmak üzere 2 adet 1.derece-dönüşüm göstermelidir Polimerin iskeleti sert ise, Ana zinciri sıvı kristaller meydana gelir. Polimerin yan zincirleri sertse, Yan zincir sıvı kristaller oluşur.

4 Mezomorfik Hal: Moleküler düzen derecesi, katı kristallerdeki üç boyutlu düzenlenme ile, düzensiz (sıvılar, gazlar ve amorf katılar) maddeler arasında olan haldir. Mezofaz: belirli bir sıcaklık, basınç ve konsantrasyonun üzerinde, meydana gelen fazdır. Mezogen: Uygun sıcaklık, basınç ve konsantrasyonda, mezofaz olarak (LC) olarak bulunabilen çubuk veya disk şeklinde sert bileşiktir. LC polimerin sert kısmına mezogen denir; Mezogenler, çeşitli şekillerde olabilir; Çubuk-şeklinde Disk-şeklinde Çubuk mezogenler, aynı eksen boyunca yerleşmiş iki veya daha fazla aromatik gruptan oluşur. Disk mezogenlerde bir aromatik grup, diğerinin üstünde yerleşmiştir.

5 Sıvı kristal polimerler iki grupta toplanabilir; Termotropik Mezofaz: Bir katının ısıtılması veya bir izotropik sıvının soğutulmasıyla; oluşan mezofazdır. Liyotropik Mezofaz: Mezogenin uygun çözücüde çözülmesiyle oluşan mezofazdır. LCD hızlı cevap

6 LCD

7 İki çubuk tip sıvı kristal düzenlenmesi vardır: Smektik Nematik Bunların her ikisi de uzun moleküler eksenlere paraleldir.

8 Nematik Smektik A Smektik C Smektik faz; mezogenlerin uzun eksenleri, 2-boyutlu mezogen tabakası oluşturacak şekilde birbirlerine paraleldir. Her tabaka 3- boyutlu düzen içinde birbirine yanaşmıştır. Mezogenlerin kendi tabakalarındaki hareketlilikleri ve diğer tabakalarla etkileşimleri engellenmiş olsa da moleküller, faz içindeki aynı yönde sıralanabilirler. Smektik faz, en düzenli fazdır; polimerin katı faza geçmeden önce bulunduğu düzenlenmedir.

9 Smektik Likit Kristaller Nematik fazda, mezofazlar en düşük düzenlenme derecesindedir; mezogenlerin eksenleri, hareketlerine paraleldir. Bu durum sıvı faza benzer; 2-boyutludur, hareketlilikler aynı düzlemdedir. Tek bir yön vardır. (Belirli bir düzen yoktur, sadece aynı yönde yönlenmişlerdir!) (Daha hızlı cevap verirler!!!!)

10 Kolesterik: helisel düzen LCD teknolojisinde önemli Nematik faz Lineer polimer Smektik faz Lineer polimer Smektik faz Mezogenler yanda

11

12 Likit Kristal Polimer Yapısı Pentil-siyano-bi-fenil (5CB)

13

14 Likit Kristal Polimerler (LCP) AVANTAJLAR Aromatik polyesterlerdir Kararlıdırlar, reaksiyona girmezler Yanmaya ve sıcaklığa dirençlidirler Dielektrik kuvveti yüksektir Aşınmaya dirençlidir Nem absorbsiyonu düşüktür Titreşim söndürme kabiliyetine sahiptirler Düşük viskozite, iyi kalıplanabilirlik Kaynak kabiliyeti iyi Likit Kristal Polimerler (LCP) DEZAVANTAJLAR Anizotropik özellikler Şekillendirmeden önce kurutulmaları gerekir Yüksek fiyat Z-ekseninde yüksek termal genleşme

15 LİKİT KRİSTAL GÖRÜNTÜLEME LCD nin her pikseli, iki geçirgen elektrot ve iki polarize edici filtre arasında LC tabakadan oluşur. LC, bir ışık valfıdır. Elektrotların yüzeyi, LC moleküllerin bir yönde dizilebilecekleri şekilde hazırlanır. Elektrotlar, geçirgen iletken indiyum kalay oksittir (ITO). Daha hızlı cevap verdiklerinden NEMATİK LCP ler kullanılır! Bükülü Nematik malzemede (TND), iki elektrottaki yüzey yerleşim yönleri birbirine dik olduğundan moleküller bükülüdür. Bu durum ışığın dönmesini etkileyerek gri renge sebep olur. Voltaj büyük olunca, LC moleküller bükülmez ve ışığın polarizasyonu dönmez. Bu ışık, ikinci filtreye dik polarize olur, bloke edilir ve piksel siyah olur. Her pikseldeki LC tabakaya uygulanan voltaj ayarlanarak, geçen ışık ayarlanarak değişik renkler elde edilir.

16 LC Bükülü Nematik Görüntüleme (TND) 1 Dikey filtre. 2 ITO film elektrodlu cam altlık (şekli karanlık bölgeleri belirler). 3 Bükülü Nematik Likit Kristal 4 ITO film elektrodlu cam altlık. 5 Yatay filtre. 6 Yansıtıcı yüzey. Gerekli Özellikler Düşük dönüş viskozitesi Kalıcı elektriksel dipol Yüksek direnç Kimyasal, elektrokimyasal ve fotokimyasal dayanım Oda sıcaklığı ve çalışma sıcaklıklarında LC özellik

17

18

19

20 Doğrudan adres görüntüleme Pasif matris görüntüleme

21 LİKİT KRİSTAL ELASTOMERLER LCE, sıvı kristal ile kauçuğun kombinasyonudur; sıralanma ve mekanik gerilme-gevşeme özellikleri geliştirilebilir. Oryantasyon, gerilme veya çapraz bağlanmayla düzenlenir. Faz değişikliğinin gerçekleşmesi için termal enerji uygulanır. LC izotropik faz geçiş sıcaklığında, ağ yapısı izotropik hale geçer ve kauçuk gibi davranır. Ancak, oryantasyon düzeni ve ağ yapı, yönlenme ekseni boyunca kasılır. Nematik yan zincir için uzunluktaki değişim % 40, ana zincir sıvı kristal elastomerlerde ise % 500 dır. Sıcaklık değişimiyle meydana gelen mezogenlerin düzenindeki değişim, gerilmeler ve gevşemeler yaratır ve polimer iskelet yapı tarafından mekanik iş olarak transfer edilir.

22 Likit kristal elastomerlerde (LCE) yapılar LCE Polimer iskelet (yeşil), Mezogenler (pembe)

23 Uygulama Alanları Sıvı kristal elastomerler (LCE) yüksek termoelastik özelliklere sahiptir; tıpta kullanılırlar, örneğin yapay kas uygulamaları. LCE ler dar bir sıcaklık aralığında yüksek gevşeme gösterirler. Çok iyi sterilize edilebildiğinden tıpta kullanılır.

24 Yapay Kas Termo-Mekanik Etki (Nematik LC) Yapay Kas Opto-Mekanik Etki (Nematik LC)

25 Doğal Kas UYGULAMALAR

26 Uygulama Alanları LCD (Likit Kristal Görüntüleme) LC Termometreler / LC Termografi Yüksek Mukavemetli Elyaf / Lif Optik Görüntüleme İlaç Salımı Biyolojik Membran Tahribatsız Muayene Medikal aletler LCD termometre

27 LC Termografi Termokromik Likit Kristal: Sıcaklıkla renk değiştiren polimerler TAHRİBATSIZ MUAYENE Termokromik Likit Kristal Termografi (TLCT) Kompozitlerde laminasyon

28 Optik Görüntüleme LC Lif/Elyaf Vectran Balon / Bağlantı kabloları Vectran Mars path-finder

29 İlaç Salımı Bilgisayar monitörleri TV

30 Saat Telefon Uçak kokpit görüntüleri

31 Yiyecek Kapları Mikrodalga frekansa karşı etkindir, İLETKEN POLİMERLER

32 İletken polimerler; metallerin elektriksel iletkenliklerini polimerlerin kimyasal özellikleriyle birleştiren polimerlerdir. Polimer örgüsünde bulunan ve elektronların taşınmasını sağlayan konjuge (ardışık) çift bağlar, iletkenlik kazandırırlar. Konjugasyon iletkenlik için yeterli değildir. Doping (katkılama) işlemiyle polimere iletkenliği sağlayacak elektronlar verilir veya elektronlar alınarak delikler oluşturur. Çift Çift Tek Tek Nem, elektriksel yüklerin difüzyonunu kolaylaştırarak, iletkenliği arttırıcı etki yapar. Nemli veya nem adsorplamaya yatkın polimerlerin yüzey dirençleri, yüzeyde adsorplanan su molekülleri nedeniyle düşüktür. Sıcaklığın yükseltilmesi polimerin serbest hacmini ve iletken taneciklerin hareket alanlarını arttırdığı için iletkenlik artar (metallerin azalır)

33 p-tipi Doping n-tipi Doping Şarj Deşarj (kullanım)

34 Uygulamalar Şarj olabilen pil ph sensörlerinde Gaz sensörlerinde Biyosensörlerde Elektronik aletlerde Fotoelektrokimyasal hücre Elektrokromik aletlerde İyon seçici elektrot yapımlarında Korozyon inhibitörü olarak

35 ELEKTROAKTİF POLİMERLER (EAP) Elektroaktif polimerler (EAP) elektrik enerjisini mekanik enerjiye ve mekanik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürür.

36 Elektroaktif Polimerler (EAP) Dielektrik EAP Aktivasyonda iki elektrot arasında bulunan polimer elektrostatik kuvvete maruz kalır. Aktivasyon için yüksek voltaj gerekir. Robotik uygulamalarda kullanılır. (Dielektrik elastomerler, LCP, Ferroelektrik polimerler) İyonik EAP Aktivasyon polimer içindeki iyonların hareketiyle oluşur. Aktivasyon için birkaç volt yeterlidir. Biyo-benzetim uygulamalarında kullanılır. (İletken polimerler) Yapay Kas

37

38 Yapay Kas Dielektrik Elastomer Aktivasyon (Algı)

39

40 Şekil değişimini ölçen kumaş Yürüyüş sırasında enerji kazanılması. Topuk Jeneratörü

41 Askerlere enerji sağlar, Batarya taşımaya gerek kalmaz. Akıllı Ayakkabı - Kişisel navigasyon sistemini, Tıbbi durum sistemini, çalıştırır Yanmalı Motor: Gürültülü Verimsiz Belirli gaz karışımı gerekir Batarya: Sadece elektrik üretir Düşük enerji yoğunluğu Geri dönüşümsüz, Şarjı yavaş Yakıt Pili: Sadece elektrik üretir Belirli gazlarla çalışır Askeri sistemler, sessiz ve verimli, elektrik+mekanik güç gerektirir.

42 OKSETİK (AUXETIC) MALZEMELER

43 Oksetik Malzemeler (Auxetic Materials) Negatif Poisson oranına sahip malzemeler!! Çekmeye maruz kalırsa genleşirler!! Auxetic Materials

44 Auxetic Materials Auxetic Materials

45 Auxetic Materials Auxetic Materials

46 Yüksek Sıcaklıklara ve Ateşe Dayanıklı Plastikler Sıcaklığa / Ateşe Dayanıklı Plastikler 250 C ye uzun süre, 1000 C ye kısa süre dayanabilmeli Kristalin yapı, çapraz bağlar Aromatik halkalı yapı Basamaklı yapı Si-N, B-N veya P-N grupları Katkılar (Al, P, Sb, Zn, Mg, Br)

47 Aromatik halkalardan oluşan polimerler yanma sonucu kömürleşirler ve bunun sonucu yanıcı gaz miktarı azalır Basamaklı polimerler yanmaya dirençlidirler. Basamaklı polimerler ya periyodik olarak kovalent bağlarla bağlı çift zincirden oluşurlar yada çift-iplikli tek zincirden oluşurlar.

48 Si-N, B-N veya P-N grupları içeren İnorganik veya Yarıorganik polimerlerde yanmaya/ateşe dayanıklıdır. Ateşe dayanıklılık sağlayan Katkılar: Al, P, Sb, Zn, Mg, Br Doğal fiberler içeren Kompozitler Nano-kompozitler

49 Dendritik Polimerler (Dendrimer) Nanoboyutlu, 3-Boyutlu, dallanmış polimer

50

51 Kopolimer Dendrimerler Uygulama Alanları İlaç salım Nanoparçacık (Poliamidoamid, PAMAM) Sensör (Polipropilenimin, ph sensörü) Kan MRI

52 Uygulama Alanları MRI Sensör Uygulama Alanları ph: 2 ph: 7 ph: 10

53 İyonik Polimerler (İyonomer) İyon içeren polimer. Nötr ve iyonik (max. %15) birimler içeren bir kopolimerdir. İyonik gruplar genellikle karboksilik asit esaslıdır. Tamamen iyonik birimlerden oluşan polimere polielektrolit denir (ör. DNA). Polistrirensülfonat Nafion Hycar Surlyn (Polietilen-ko-metakrilikasit)

54 Özellikleri Transparan Suyu geçirirler Darbeye dayanıklı Kimyasallara dayanıklı Mukavemetli Geri-dönüştürülebilir Metallerle birleştirilebilir Uygulama Alanları Otomobil tamponu Gıda paketleme Golf topu kaplama Kayak botu Cam iyonomer çimento (Dişçilik) Yarı-geçirgen membran

55 Enerji Kaynakları Birincil Enerji Kaynakları 33 - Petrol 30 - Kömür 23 - Doğal gaz 5 - Nükleer 8 - Hidrolik / Yenilenebilir Kaynaklar

56 Alternatif (İkincil) Enerji Kaynakları (Yenilenebilir Enerji) Güneş Rüzgar Biokütle Hidrojen Hidroelektrik Jeotermal Gelgit, Akıntı, Dalga Birincil Enerji Kaynakları %90 ı fosil yakıtlardan (petrol, kömür, doğal gaz) oluşurlar, belirli bir ömürleri vardır (miktarları sınırlıdır). Alternatif Enerji Fosil enerji kaynakları yerine kullanılabilen enerji kaynakları. Aynı zamanda yenilenebilirdirler (tükenme sorunları yoktur). Doğaya zarar vermeyen kaynaklar denilebilir. Yenilenebilir Enerji Kaynakları Fosil yakıtlar gibi tükenmezler, doğal olarak yenilenirler, miktarları sonsuz kabul edilebilir.