عنوان

بررسی اثر آلایش بر رفتار فوتومکانیکی شبکه‌های پلیمری بلورمایع

پ۲۹۸۹۴

per

بررسی اثر آلایش بر رفتار فوتومکانیکی شبکه‌های پلیمری بلورمایع

ژیلا علی پناه

فیزیک

۱۴۰۲

۲۱۹ص.

سی دی

دکتری

فوتونیک گرایش فوتونیک

۱۴۰۲/۰۹/۲۷

در طی سالیان اخیر، شبکه‌های پلیمری بلورمایع به دلیل دارا بودن قابلیت پاسخ‌دهی به تغییر پارامترهای نور تابشی، با قرارگیری در کانون توجه دانشمندان جایگاه ویژه¬ای را در طراحی و ساخت فعال¬گرهای نوری به خود اختصاص داده¬اند. نوع و ترکیب مواد به‌کار برده شده در ساخت شبکه‌های پلیمری بلورمایع، بر خواص نوری، قابلیت¬های ساختاری و متعاقبا رفتار فوتومکانیکی مربوطه تاثیرگذار است. بدین سبب، آلاییده کردن این شبکه‌های پلیمری و مطالعه‌ی تاثیرات آن‌ها بر رفتار فوتومکانیکی، امکان دست‌یابی به اطلاعات ارزشمند جهت درک اثر آلایش بر ساختار و برهمکنش¬ها در ماتریس پلیمری مربوطه را فراهم می‌کند که به نوبه¬ی خویش می¬توانند در راستای طراحی و ساخت فعال‌گرهای نوری با کارکرد متنوع، بسیار سودمند باشد. در این رساله، رفتار فوتومکانیکی متمرکز بر نوسان خود-پایدار نور-القائی شبکه¬های پلیمری بلورمایع آلاییده شده با مواد آلی و معدنی مورد بررسی قرار گرفتند. یکسان نبودن ضرایب انتقال گرمای تولید شده در پی اثر نوری-حرارتی در جهت¬های مختلف فیزیکی درون ماتریس پلیمری اساس حصول حرکت نوسانی در این پژوهش است. بدین دلیل، در ابتدا با استناد بر دوشکستی بلورمایع و بهره¬مندی از معادله حاکم بر انتقال گرما در ترمودینامیک مطالعاتی مبتنی بر بررسی چگونگی انتقال گرما در بلورمایع¬ها انجام گرفت که در پی آن جهت¬مند بودن انتقال گرما در این مواد تایید گشته و نسبت ضریب انتقال در جهت موازی و جهت عمودی محاسبه شد.در ادامه بمنظور بررسی اثر آلایش بر رفتار نوسانی ذکر شده، در گام اول از تثبیت کننده¬های نوری شامل گروه آلی تینوین بعنوان آلاینده استفاده شده و تاثیرگذاری مستقیم ماهیت شیمیایی این مواد بر مشخصه-های نوسانی نتیجه شده مشاهده گشت. بعنوان گام دوم از نانوذرات دی اکسید تیتانیوم (TiO2) از نوع روتیل و پوشش داده شده با سیلان جهت آلایش استفاده شد که تاثیرگذاری چشم¬گیر حضور این نانوذرات همگام با تغییر درصد وزنی آلایش بر رفتار نوسانی نور-القائی مربوطه نتیجه شد. در گام بعدی نیز با استناد بر عدم مشاهده¬ی گزارشی مبتنی بر تاثیرگذاری شکل ساختاری آلاینده¬ها بر رفتار فوتومکانیکی شبکه پلیمری بلورمایع، نانوساختارهای اکسید تنگستن ((W18O49 با دو شکل ساختاری متفاوت شامل خارپشت مانند و سیمی شکل بعنوان آلاینده انتخاب شدند. نتایج بدست آمده حاوی تاثیرگذاری مستقیم شکل ساختاری نانوساختار مربوطه بر مشخصات نوسانی حاصل شده می¬باشد. شایان ذکر است که با استناد بر وجود جهت¬گیری مولکولی پیچشی در شبکه¬های پلیمری بلورمایع مربوطه، تمامی بررسی¬های مذکور تحت تابش نور قطبیده انجام پذیرفتند که در این راستا عدم پاسخ¬دهی یکسان لایه¬های دارای جهت¬گیری مولکولی متفاوت به نور تابشی تایید شد.

In recent years, researchers have shown significant interest in liquid crystal polymer networks (LCNs) due to their responsiveness to changes in irradiated light parameters. These materials have become particularly important in the creation of light-driven soft-actuators. The optical properties, structural capabilities, and subsequent photomechanical behavior of LCNs are influenced by the materials used in their construction. Therefore, doping these polymer networks and studying the effects on photomechanical behavior can yield valuable insights into the impact of contamination on the structural configuration and interactions within the polymer matrix. This knowledge can be harnessed for designing and manufacturing light-driven soft actuators with diverse functions.This study focuses on the photomechanical behavior, specifically the self-sustainable light-induced oscillation, of LCNs doped with organic and inorganic dopants. The basis for achieving oscillating motion lies in the non-uniformity of heat transfer coefficients resulting from the photo-thermal effect in different physical directions within the polymer matrix. Utilizing liquid crystal birefringence and the governing equation of heat transfer in thermodynamics, the research investigates how heat transfer occurs in liquid crystals. The directionality of heat transfer in these materials is confirmed, and the transmission coefficient ratio in parallel and vertical directions is calculated.To explore the impact of doping on the previously mentioned oscillatory behavior, initially, photostabilizers containing the organic Tinuvin group were introduced as dopants, allowing for the observation of their chemical nature’s immediate effect on the resulting oscillatory characteristics. In the second step, rutile-type titanium dioxide (TiO2) nanoparticles coated with silane were used for doping, and the presence of these nanoparticles along with the change in doping weight percentage on the corresponding light-induced oscillatory behavior was the result. Tungsten oxide nanostructures (W18O49) with two different structural forms, urchin-like and wire-like, are then selected as dopants, considering the investgation of dopant’s structural form on the photomechanical behavior of LCNs. The results highlight the direct influence of the structural shape of the nanostructures on the obtained oscillatory characteristics. Notably, all investigations are conducted with polarized light radiation, confirming that layers with different molecular orientations do not respond equally to radiation due to the presence of twist molecular orientation in the respective LCNs.

Investigating the Role of Doping on the Photomechanical Behavior of Liquid Crystal Polymer Networks

‏‏علی پناه،

ژیلا

تهیه کننده

‏صادق ذاکرحمیدی،

رنجکش،

محمّد

عمید

استاد راهنما

استاد مشاور

‏تبریز