Fosfor Tabanlı Katkılanmış Nanoyapılarla Nematik Sıvı Kristallerin Dielektrik Davranışının İncelenmesi: Deneysel ve DFT Tabanlı Bir Çalışma
Öz
Nanoskopik dolgular içeren nematik sıvı kristaller, arayüzey polarizasyonunu ve yük dinamiklerini düzenlemek için çok yönlü bir platform sunmaktadır. Bu çalışmada, kristal yapılı siyah fosfor (Black Phosphorus, BP), amorf kırmızı fosfor (Red Phosphorus, RP) ve BP–çok duvarlı karbon nanotüp (BP–MWCNT) gibi hibrit ve fosfor temelli nanoyapıların nematik 5CB’nin (4-siyano-4′-pentilbifenil) dielektrik özellikleri üzerindeki etkileri, geniş bant dielektrik spektroskopisi ve yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) hesaplamalarıyla incelenmiştir. BP, tabakalı ve belirgin anizotropik elektronik yapısından kaynaklanan Maxwell–Wagner–Sillars arayüzey polarizasyonu sayesinde düşük frekanslarda en belirgin dielektrik geçirgenliği artışını göstermektedir. Kristal düzeni bulunmayan RP ise sınırlı bir dielektrik geçirgenliği iyileşmesi sağlamakta ve buna yüksek dielektrik kayıplar eşlik etmektedir. BP–MWCNT hibriti, işbirlikçi dipol oluşumu ve yük dengeleme etkileşimleri sayesinde yükselmiş ε′ değerini düşük dielektrik kayıpla birleştirerek daha dengeli bir dielektrik yanıt sunmaktadır. DFT hesaplamaları, BP’nin belirgin bir dielektrik anizotropiye (εxx > εyy >> εzz) sahip olduğunu ve yaklaşık −2,98 eV düzeyindeki BP–5CB adsorpsiyon enerjisinin güçlü arayüzey elektronik etkileşimler yoluyla kararlı arayüzey dipollerinin oluşumunu desteklediğini göstermektedir. DC alan altında BP katkılı kompozitlerde gözlenen asimetrik gevşeme davranışı, arayüzey anizotropisi kaynaklı yerelleşmiş simetri kırılmasına işaret etmektedir. Bu sonuçlar, fosfor bazlı nanodolguların nematik sıvı kristallerde dielektrik yanıtın etkin biçimde mühendisliğinde güçlü bir yaklaşım sunduğunu ortaya koymaktadır.
Anahtar Kelimeler
Destekleyen Kurum
Proje Numarası
Etik Beyan
Teşekkür
Kaynakça
- [1] Dierking I., Scalia G., Morales P., LeClere D., “Aligning and reorienting carbon nanotubes with nematic liquid crystals”, Advanced Materials, 16: 865–869, (2004).
- [2] Önsal G., “Investigation of dielectric properties of MBBA-5CB nematic liquid crystal structures”, Mugla Journal of Science and Technology, 8: 49–53, (2022).
- [3] Chen H. Y., Lee W., “Suppression of field screening in nematic liquid crystals by carbon nanotubes”, Applied Physics Letters, 88: 1–3, (2006).
- [4] Ocaya R. O. et al., “Impact of TiO₂, ZnO, and methylene blue doping on the dielectric anisotropy of planar 8CB nematic liquid crystal”, Optical Materials, 150: 115320, (2024).
- [5] Seidalilir Z., Taher S. A., “Enhanced electro-chemical characteristics and superior electro-optical switching performance of nematic liquid crystal doped with MgO nanoparticles”, Optical and Quantum Electronics, 56: 1–26, (2024).
- [6] Dehghani Z., Madani A., “Enhanced electro-optical properties of nematic liquid crystal doped with nitrogen-doped graphene quantum dots”, Optik, 286: 171015, (2023).
- [7] Basu R., Iannacchione G. S., “Nematic anchoring on carbon nanotubes”, Applied Physics Letters, 95: 1–3, (2009).
- [8] Jayalakshmi V., Prasad S. K., “Understanding the observation of large electrical conductivity in liquid crystal–carbon nanotube composites”, Applied Physics Letters, 94: 1–3, (2009).
Ayrıntılar
Birincil Dil
Türkçe
Konular
Malzeme Fiziği, Hesaplamalı Malzeme Bilimleri
Bölüm
Araştırma Makalesi
Yazarlar
Doğan Burak Aydın
0000-0003-0563-9439
Türkiye
Mehmet Erdem
0000-0002-7827-0030
Türkiye
Gülcan Aydın
0000-0003-4627-961X
Türkiye
İdris Candan
0000-0002-9950-713X
Türkiye
Sait Eren San
0000-0001-5042-4555
Türkiye
Yayımlanma Tarihi
13 Ağustos 2026
Gönderilme Tarihi
26 Kasım 2025
Kabul Tarihi
28 Ocak 2026
Yayımlandığı Sayı
Yıl 2026 Cilt: 29 Sayı: 4