Sistema de coloides dipolares : fases, dinámica de gelificación y caracterización estructural

Las partículas con interacción direccional han captado el interés reciente de los científicos. Esto se debe a su particular capacidad de formar una amplia variedad de estructuras anisotrópicas complejas, combinado con su gran potencial en vista al desarrollo de nuevos materiales. En esta tesina concentramos nuestro enfoque en el estudio de sistemas de coloides dipolares, formados por partículas nanométricas que llevan incorporado un momento dipolar eléctrico. Dichos sistemas poseen un diagrama de fase muy diverso, pudiendo destacar, a baja densidad, tres regímenes al ir disminuyendo su temperatura: fluido, fluido de cadenas y gel con cadenas cortas. En dicho trabajo estudiamos numéricamente el proceso de gelificación de tales coloides dipolares, proponiendo un modelo fenomenológico para los coloides y usando métodos de dinámica estocástica para estudiar su dinámica. Caracterizamos los diferentes regímenes tanto termodinámica como estructuralmente. Obtuvimos el diagrama de fase en el plano densidad-temperatura. Y finalmente se estudió con mayor detalle la diversidad topológica de la estructura espacial y las características de los clusters; todo esto con diferentes herramientas numéricas

Self-assembly of pseudo-dipolar nanoparticles at low densities and strong coupling

Nanocolloids having directional interactions are highly relevant for designing new self-assembled materials easy to control. In this article we report stochastic dynamics simulations of finite-size pseudo-dipolar colloids immersed in an implicit dielectric solvent using a realistic continuous description of the quasi-hard Coulombic interaction. We investigate structural and dynamical properties near the low-temperature and highly-diluted limits. This system self-assembles in a rich variety of string-like configurations, depicting three clearly distinguishable regimes with decreasing temperature: fluid, composed by isolated colloids; string-fluid, a gas of short string-like clusters; and string-gel, a percolated network. By structural characterization using radial distribution functions and cluster properties, we calculate the state diagram, verifying the presence of string-fluid regime. Regarding the string-gel regime, we show that the antiparallel alignment of the network chains arises as a novel self-assembly mechanism when the characteristic interaction energy exceeds the thermal energy in two orders of magnitude, ud/kBT ≈ 100. This is associated to relevant structural modifications in the network connectivity and porosity. Furthermore, our results give insights about the dynamically-arrested nature of the string-gel regime, where we show that the slow relaxation takes place in minuscule energy steps that reflect local rearrangements of the network.Fil: Brito, Mariano Exequiel. Helmholtz Gemeinschaft. Forschungszentrum Jülich; Alemania. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; ArgentinaFil: Carignano, Marcelo A.. Qatar Environment And Energy Research Institute; QatarFil: Marconi, Veronica Iris. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Física Enrique Gaviola; Argentin