Koloit parçacıkların etkileşim potansiyel enerjilerinin video mikroskop yöntemiyle ölçülmesi

Abstract

Koloitler, teknoloji ve endüstride birçok uygulama alanına sahip olmakla kalmayıp, aynı zamanda bilimsel açıdan da önemli bir role sahiptirler. Örneğin, ışık mikroskobu ile mikrometre büyüklükteki küresel koloit parçacıklar, maddeyi oluşturan atom sistemlerine benzetilebilir ve faz geçişi mekanizması gibi istatistiksel mekaniğin temel problemlerini incelemek için bir model sistem olarak kullanılabilir. Küresel koloit parçacıkların yapıları atomik yapılar ile örtüşmektedir ve ışık mikroskobu sayesinde koloit parçacıkların konumları büyük bir hassasiyetle ölçülebilir. Böylelikle atom sistemlerinde teknolojik olarak mümkün olmayan eşzamanlı lokal ve dinamik ölçümler, koloit parçacıklar ve ışık mikroskobu kullanılarak eşzamanlı olarak yerine getirilebilir ve koloit sistemlerdeki yeni bulgular atom sistemlerindeki cevaplanamamış sorulara ışık tutabilir. Sıvı içerisindeki koloit parçacıklar arasındaki etkileşimler, bir asırdan fazladır çalışılmasına rağmen, tam olarak anlaşılamamıştır. Koloit parçacıklar genellikle, çözücü moleküller, moleküler ölçekli iyonlar ve diğer yüklü yüzeyler ile birlikte karmaşık bir ortamda bulunur. Koloit parçacıkların dinamiği incelenmeden önce bunların hepsi dikkate alınmalıdır. Bu bileşenler arasındaki etkileşimler; oldukça güçlü itme, van der Waals etkileşimi, makro iyonlar (koloit küreler), sudaki iyonlar ve hidrodinamik çapraz bağlama ajanları arasındaki Coulomb etkileşimlerini içerir. Bu çalışmada, seçilen uygun polimerler Poli(N-izopropilakrilamid) (PNIPAM) kullanılarak hazırlanan koloit süspansiyonlarda parçacıklar arası etkileşim potansiyel enerjilerini ölçmek için dijital video mikroskop yöntemi ve sıvı yapı teorisi kullanılmıştır. Optik mikroskop ile doğrudan gözlemlenebilen, suda yayılan mikrometre boyutundaki koloit parçacıkların dinamiği incelenmiştir. Dijital görüntü analizi sayesinde koloit süspansiyonların incelenmesi anlık ve gözlemlenebilir olarak gerçekleştirilmiştir. Çalışmamızda mikron boyutunda PNIPAM hidrojel parçacıkları kullanılmıştır. Sentezlenen koloit parçacıkların ısıya duyarlılığını ve büyüklüklerini kontrol ederek, bir optik mikroskop ile hareketleri kısıtlanmış geometriler içinde ve farklı sıcaklıklar altında etkileşimleri "eşzamanlı" olarak gözlemlenerek, fiziksel özellikleri ölçülmüştür. Çalışma sonucunda, video mikroskop yöntemi ile alınan veriler, görüntü işleme programı yardımıyla bir araya getirilerek koloit parçacıkların, etkileşim potansiyel enerjilerinin doğrudan hesaplanmıştır.