Many salts, acids, and bases with low deliquescence relative humidity (DRH) can organize non-ionic surfactants into lyotropic liquid crystalline (LLC) mesophases that form a ready platform for the synthesis of mesoporous materials. In this study, we show that phosphoric acid (H3PO4, PA) with low DRH value can also be used as a solvent in assembling non-ionic surfactant (C12H25(OCH2CH2)10OH, C12EO10) into stable LLC mesophases within a broad range of composition (the concentration can be as high as 20 PA/C12EO10 mole ratio).The PA/C12EO10 mesophase is bi-continuous cubic phase (V1) in extremely low concentrations (2 PA/C12EO10 mole ratio), 2D/3D hexagonal phases (H1) at moderate compositions (3 to 5 PA/C12EO10 mole ratio) and micelle cubic (I1) at high, (more than 5) H3PO4/C12EO10 mole ratios, with a typical unit cell parameter of 127, 55, and 116 Å, respectively. The mesophases of the lower concentrated samples (less than 15 mole ratio) have high thermal stability, with melting points greater than 120 oC. However the melting point drops to less than 50 oC for extremely high concentrations (more than 17 PA/C12EO10 mole ratio). The LLC mesophases were also found to exhibit high proton conductivities (~10-3 S/cm) at room temperature. The proton conductivities were even higher (10-2 S/cm) at some elevated temperatures and reduced to (10-4 S/cm) at temperatures less than 0oC. The conductivity in the cubic phase is slightly higher. Both the temperature and composition-dependent conductivity obey the most accepted proton conductivity mechanisms: Grotthuss and Vehicle.We went further to show that the combination of H3PO4 and another low DRH species, such as Ca(NO3)2·4H2O also form stable mesophases; without precipitating salts, under a wide range of concentration, from 5.3/1 to 13.3/1 precursor to surfactant ratio. High acidity stabilizes both the aqueous solution as well as the LLC phases. The clear solutions obtained from the precursor-surfactant mixtures were spin coated on glass substrates (as thin as a few hundred nanometers) and calcined to form transparent nano-size mesoporous hydroxyapatite (HAp) thin films. The formation of semi-crystalline HAp in our synthetic approach is not a straight forward process; it involves the formation of some intermediate products and also requires a calcination temperature of at least 300 oC. The formation, which starts at 300 oC, is preceded by the evaporation of nitric acid and excess water molecules to the surrounding. The crystallization continues at 400 oC and completes at 500 oC, keeping the uniformity, porosity, and transparency of the films. Films of the 5.3/1 ratio,calcined at 300 oC have high surface area of up to 96 m2/g, which dropped down to 20 m2/g at 500 oC. The mesopores start collapsing at around 600 oC. The pore size, pore walls, and the pore volumes were obtained from the N2 sorption measurements and the values are 22.4 nm, 10 nm, and 0.58 cm3/g, respectively. We also investigated the effect of precursor concentration on both the pore sizes, as well as the thicknesses of the pore walls. The results showed a reduction of surface area, and also narrower pore size distribution with increasing concentration. Temperature was also observed to have the same effect on crystallinity in all the compositions studied.All the investigations on these two systems were carried out using XRD (X-ray diffraction), FT-IR (Fourrier Transform Infrared Spectroscopy), Raman spectroscopy, POM (Polarized Light Optical Microscope), N2-sorption measurements, PEIS (Potentiostatic Electrochemical Impedance Spectroscopy), TEM (Transition Electron Microscopy), SEM (Scanning Electron Microscopy) etc.

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.