Lyotropic liquid crystalline (llc) phosphoric acid-10-lauryl ether: Mesophases, proton conductivity and synthesis of transparent mesoporous hydroxyapatite thin films

Düşük, göreceli nem sulanmaya (GNS) sahip bir çok tuz, asit ve bazlar iyonik olmayan yüzeyaktifleri liyopropik sıvı kristal (LSK) fazlarda organize edebilir, dolayısyla mezogözenekli malzemelerin sentezi için uygun platformlar oluştururlar. Bu çalışmada, düşük GNS li fosforik asitin de (H3PO4, PA) çözücü gibi kullanılarak iyonik olmayan yüzeyaktifi (C12H25(OCH2CH2)10OH, C12EO10) geniş bir kompozisyon aralığında (C12EO10da derişim 20 PA/C12EO10 mol oranı kadar olabilir) kararlı LSK fazlarında organize edebileceğini gösteriyoruz. Fosforik asitin oluşturduğu arafazların çok düşük derişimler de (2 PA/C12EO10 moleranı) sürekli-kubik (V1), ara derişimlerde (3-5) 2B/3B hekzagonal (H1) ve yüksek derişimlerde (5 den fazla) misel kübik (I1) olduğu ve birim hücrelerin ise göreceli olarak 127, 55, 116 Å olduğu belirlendi. Düşük derişimli arafazlar (15 mol oranından daha düşük) yüksek ısıl kararlılığa sahiptir. Erime noktası 120 oC den daha yüksektir. Fakat daha yüksek derişimler de (17 mol oranından daha büyük) ise erime noktası 50 oC altındadır. Oda sıcaklığında LSK fazların yüksek proton iletkenliğe sahip olduğu da belirlendi (~10-3 S/cm). Proton iletkenliği yüksek sıcaklıklarda daha da yüksek iken (10-2 S/cm), 0 oC nin altında 10-4 S/cm in altına düştü. Ayrıca, kübik fazda iletkenliğin biraz daha yüksek olduğu belirlendi. Sıcaklığa ve kompozisyona bağlı iletkenlik ölçüm sonuçları en çok kabul gören Grotthuss ve Vehicle proton iletkenlik mekanizmasına uyduğu belirlendi. Daha ileri giderek, H3PO4 ve diğer bir düşük GNS li (örneğin Ca(NO3)2·4H2O) tuz ile oluşturduğu karışımın da kararlı arafazlar oluşturduğunu (bu arafazlar da geniş bir PA+tuz/C12EO10 mol aralığında, 5.3/1 den 13.3/1, herhangi bir tuz çökmesi olmadı) belirledik. Yüksek asitlik hem sulu çözeltiyi hemde LSK fazları kararlı kıldığı belirlendi. Girdilerden oluşturulan şeffaf çözeltiler dönğülü kapla yöntemi ile mikroskop cam yüzeylerine kaplandı (bir kaç yüz nanometre kalınlığında) ve yakılarak şeffaf, nano boyutlu, mezogözenekli hidroksiapatayt (HAp) ince filmlerine dönüştürüldü. Sentez yöntemimizdeki yarı kristalin HAp oluşumu tek aşamalı değildir; yöntem bir kaç ara ürün oluşturur ve en az 300 oC ye ihtiyaç vardır. Oluşum 300 oC de başlar ve nitrik asit ve su moleküllerinin ortamda uzaklaşması ile sürer. Kristallenme 400 oC, de de devam eder ve 500 oC de filmlerdeki düzenliliği, gözenekliliği, ve şeffaflığıda koruyarak tamamlanır. 300 oC de yakılmış 5.3/1 oranlı numunenin 96 m2/g olan yüzeyalanının 500 oC de 20 m2/g kadar düştüğü gözlendi. 600 oC ise yapı çökmeye başadı. N2 tutma/bırakma ölçümleri ile gözenek boyutu, gözenek duvarları, ve gözenek hacmi göreceli olarak 22.4 nm, 10 nm ve 0.58 cm3/g olarak belirlendi. Derişimin gözenek boyut dağılımına ve duvar kalınlıklarına etkiside gösterildi. Sonuçlar, derişimin arttırılması ile yüzeyalanının düştüğü fakat gözenek dağılımının daha düzenli ve dar olduğunu gösterdi. Bütün kompozisyonlarda sıcaklığın da kristallenmeye bazı etkilerinin olduğu gözlendi. Her iki system üzerinde çalışmalar XRD (X-ışını krınımı), FT-IR (Fourrier Transform Infrared Spektroskopi), Raman spektroskopi, POM (Polarize Optik Mikroskbu), N2- tutma/bırakmaölçümleri, PEIS (Potensiostatik Elektrokimyasal Empedans Spektroskopi), TEM (Transmission Elektron Mikroskobi), SEM (Taramalı Elektron Mikroskobi) teknikleri kullanılarak gerçekleştirildi.