Escalas espaciales y mecanismos de relajación en líquidos sobreenfriados

Tanto en el mundo natural como en el artificial, existen sistemas compuestos únicamente por elementos simples para los que se observan fenómenos de gran complejidad. Nuestro objetivo fue estudiar estos sistemas, mediante modelos lo más sencillos posibles en su formulación, pero que a la vez sean capaces de exhibir un comportamiento complejo. Pusimos nuestro énfasis en fenómenos para los que el sistema comienza a salirse del equilibrio (líquidos sobre-enfriados) y fenómenos en que el sistema se encuentra completamente fuera de equilibrio (partículas autopropulsadas) En el capítulo 2 introdujimos los antecedentes y conceptos relacionados al estudio de la transición vítrea para líquidos sobreenfriados. Se presentaron las características salientes de vidrios, líquidos sobreenfriados y cristales, haciendo hincapié en descripciones de la estructura de estos. En el capítulo 3 presentamos el método Monte Carlo Cinético y nociones técnicas para modelos formadores de vidrios. Luego, en el capítulo 4 presentamos los resultados obtenidos para el modelo de retículo PCTCC. Mostramos un estudio de metaestabilidad y una posible temperatura de Kauzmann T_K. Utilizando el método de tiempos cortos, determinamos una temperatura espinodal termodinámica. Finalmente presentamos un estudio de envejecimiento mediante un exponente de escala para los tiempos de espera. En el capítulo 5, caracterizamos el modelo de retículo t154, e investigamos su dinámica tanto en condiciones de contorno periódicas, así como utilizando una cavidad que lo confina. Realizamos un estudio de su estática y extraemos una longitud de correlación estática. En el capítulo 6 introdujimos los antecedentes y conceptos relacionados al novedoso campo de la materia auto-propulsada. En el capítulo 7, discutimos el uso de Dinámica Molecular y el estudio de efectos de tamaño finito mediante el método de sub-bloques. Los capítulos 8 y 9 presentan los resultados hallados para mezclas binarias de partículas auto-propulsadas con volumen excluido y los efectos de agregar interacciones orientacionales en todas ellas (Capitulo 9). Notamos que las partículas únicamente se diferencian en su velocidad, clasificándolas en rápidas y lentas. Para el caso sin interacción orientacional observamos una transición de segregación al ralentizar a las partículas lentas, detectando presencia de estructura cristalina mediante medidas de funciones de correlación estática. Corroboramos la presencia o ausencia de esta transición mediante un análisis de sub-bloques para un estudio de tamaño finito. Cuando incorporamos interacciones orientacionales, el sistema presenta segregación en una región de parámetros distinta al caso anterior y sin indicios de estructura de largo alcance. Finalmente, presentamos una discusión y conclusiones del trabajo de tesis en el capítulo 10.Facultad de Ciencias Exacta

Ageing and crystallization in a lattice glass model

We have studied a the 3-$d$ lattice glass of Pica Ciamarra, Tarzia, de Candia and Coniglio [Phys.\ Rev.\ E. 67, 057105 (2013)], which has been shown to reproduce several features of the structural glass phenomenology, such as the cage effect, exponential increase of relaxation times and ageing. We show, using short-time dynamics, that the metastability limit is above the estimated Kauzmann temperature. We also find that in the region where the metastable liquid exists the aging exponent is lower that 0.5, indicating that equilibrium is reached relatively quickly. We conclude that the usefulness of this model to study the deeply supercooled regime is rather limited.Comment: 7 pages, 9 figure

Simulaciones computacionales en modelos en retículo de líquidos sobreenfriados con fenomenología vítrea

Un líquido sobreenfriado [1] es un material en estado líquido a pesar de estar debajo de la temperatura de fusión. Si seguimos bajando su temperatura, nos acercamos al estado vítreo: su viscosidad se vuelve muy alta al punto de poder ser considerado un sólido amorfo (distinto del cristal). Los fenómenos cooperativos (de muchas partículas) son relativamente independientes de los detalles del material y junto con el envejecimiento, son una marca distintiva de la transición vítrea. Estudiar la física compleja de las transiciones vítreas no sólo significa construir los conceptos teóricos y matemáticos, sino desarrollar las técnicas numéricas capaces de capturar los mecanismos relevantes durante la transición, alcanzándolos a mínimo y óptimo costo computacionales, así como las escalas temporales y espaciales en que aparecen. Mediante simulaciones computacionales de dos modelos en el retículo, escritas por miembros del grupo usando C++/Fortran95, nos interesa estudiar estos fenómenos. Nuestra herramienta de trabajo son las simulaciones Montecarlo, más precisamente utilizando la técnica Montecarlo Cinético (KMC). KMC nos permite investigar procesos que requerirían tiempos muy largos con técnicas convencionales, puesto que el tiempo aumenta proporcionalmente a lo bloqueado que está el sistema en su actual configuración. Estudiando los modelos propuestos por [2] y [3] fuimos capaces de observar la presencia del fenómeno de envejecimiento cualitativamente. Si bien los sistemas simulados exhiben tiempos de relajación que crecen exponencialmente al aumentar la densidad (como esperábamos), los exponentes de envejecimiento que determinamos resultan ser del orden 0.4-0.8 mientras que la teoría predice un comportamiento que tiende a 1 en la proximidad a la transición vítrea. Creemos que estos resultados nos están conduciendo a la respuesta de la pregunta: “Si existe, ¿cuál es el espacio de parámetros en que estos modelos de líquidos sobreenfriados presentan un comportamiento vítreo como el de los ya estudiados (y medidos experimentalmente) en la literatura?”

Simulaciones computacionales en modelos en retículo de líquidos sobreenfriados con fenomenología vítrea

Un líquido sobreenfriado [1] es un material en estado líquido a pesar de estar debajo de la temperatura de fusión. Si seguimos bajando su temperatura, nos acercamos al estado vítreo: su viscosidad se vuelve muy altaal punto de poder ser considerado un sólido amorfo (distinto del cristal).Los fenómenos cooperativos (de muchas partículas) son relativamente independientes de los detalles del material y junto con el envejecimiento, son una marca distintiva de la transición vítrea.Estudiar la física compleja de las transiciones vítreas no sólo significa construir los conceptos teóricos y matemáticos, sino desarrollar las técnicas numéricas capaces de capturar los mecanismos relevantes durante la transición, alcanzándolos a mínimo y óptimo costo computacionales, así como las escalas temporales y espaciales en que aparecen.Mediante simulaciones computacionales de dos modelos en el retículo, escritas por miembros del grupo usando C++/Fortran95, nos interesa estudiar estos fenómenos. Nuestra herramienta de trabajo son las simulaciones Montecarlo, más precisamente utilizando la técnica Montecarlo Cinético (KMC). KMC nos permite investigar procesos que requerirían tiempos muy largos con técnicas convencionales, puesto que el tiempo aumenta proporcionalmente a lo bloqueado que está el sistema en su actual configuración.Estudiando los modelos propuestos por [2] y [3] fuimos capaces de observar la presencia del fenómeno de envejecimiento cualitativamente. Si bien los sistemas simulados exhiben tiempos de relajación que crecen exponencialmente al aumentar la densidad (como esperábamos), los exponentes de envejecimiento que determinamos resultan ser del orden 0.4-0.8 mientras que la teoría predice un comportamiento que tiende a 1 en la proximidad a la transición vítrea.Creemos que estos resultados nos están conduciendo a la respuesta de la pregunta: “Si existe, ¿cuál es el espacio de parámetros en que estos modelos de líquidos sobreenfriados presentan un comportamiento vítreo como el de los ya estudiados (y medidos experimentalmente) en la literatura?”.Facultad de Ciencias Exacta

Simulaciones computacionales en modelos en retículo de líquidos sobreenfriados con fenomenología vítrea

Un líquido sobreenfriado es un material en estado líquido a pesar de estar debajo de la temperatura de fusión. Si seguimos bajando su temperatura, nos acercamos al estado vítreo: su viscosidad se vuelve muy altaal punto de poder ser considerado un sólido amorfo (distinto del cristal).Los fenómenos cooperativos (de muchas partículas) son relativamente independientes de los detalles del material y junto con el envejecimiento, son una marca distintiva de la transición vítrea.Estudiar la física compleja de las transiciones vítreas no sólo significa construir los conceptos teóricos y matemáticos, sino desarrollar las técnicas numéricas capaces de capturar los mecanismos relevantes durante la transición, alcanzándolos a mínimo y óptimo costo computacionales, así como las escalas temporales y espaciales en que aparecen.Mediante simulaciones computacionales de dos modelos en el retículo, escritas por miembros del grupo usando C++/Fortran95, nos interesa estudiar estos fenómenos. Nuestra herramienta de trabajo son las simulaciones Montecarlo, más precisamente utilizando la técnica Montecarlo Cinético (KMC). KMC nos permite investigar procesos que requerirían tiempos muy largos con técnicas convencionales, puesto que el tiempo aumenta proporcionalmente a lo bloqueado que está el sistema en su actual configuración.Estudiando los modelos propuestos por [2] y [3] fuimos capaces de observar la presencia del fenómeno de envejecimiento cualitativamente. Si bien los sistemas simulados exhiben tiempos de relajación que crecen exponencialmente al aumentar la densidad (como esperábamos), los exponentes de envejecimiento que determinamos resultan ser del orden 0.4-0.8 mientras que la teoría predice un comportamiento que tiende a 1 en la proximidad a la transición vítrea.Creemos que estos resultados nos están conduciendo a la respuesta de la pregunta: “Si existe, ¿cuál es el espacio de parámetros en que estos modelos de líquidos sobreenfriados presentan un comportamiento vítreo como el de los ya estudiados (y medidos experimentalmente) en la literatura?”.Facultad de Ciencias Exacta

Surface Roughness Enhances Self-Nucleation of High-Density Polyethylene Droplets Dispersed within Immiscible Blends

[EN] Highly linear or high-density polyethylenes (HDPEs) have an intrinsically high nucleation density compared to other polyolefins. Enhancing their nucleation density by self-nucleation is therefore difficult, leading to a narrow self-nucleation Domain (i.e., the so-called Domain II or the temperature Domain where self-nuclei can be injected into the material without the occurrence of annealing). In this work, we report that when HDPE is blended (up to 50%) with immiscible matrices, such as atactic polystyrene (PS) or Nylon 6, its self-nucleation capacity can be greatly increased. In addition, temperatures higher than the equilibrium melting temperature of the HDPE phase are needed to erase the significantly enhanced crystalline memory in the blends. Morphological evidence gathered by Scanning and Transmission Electron Microscopies (SEM and TEM) indicates that these unexpected results can be explained by the modification of the interface between blend components. The filling of the solid HDPE surface asperities by the low viscosity polystyrene during heating to the self-nucleation temperature, or the crystallization of the matrix in the case of Nylon 6, enhances the interface roughness between the two polymers in the blends. Such rougher interfaces can remarkably increase the self-nucleation capacity of the HDPE phase via surface nucleation.The authors acknowledge technical and human support provided by SGIker (UPV/EHU/ERDF, EU). This work has also received funding from the Basque Government through grant IT1309-19

Aging and crystallization in a lattice glass model

We have studied the three-dimensional lattice glass of Pica Ciamarra et al. [Phys. Rev. E 67, 057105 (2003)], which has been shown to reproduce several features of the structural glass phenomenology, such as the cage effect, exponential increase of relaxation times, and aging. We show, using short-time dynamics, that the metastability limit is above the estimated Kauzmann temperature. We also find that in the region where the metastable liquid exists the aging exponent is lower than 0.5, indicating that equilibrium is reached relatively quickly. We conclude that the usefulness of this model to study the deeply supercooled regime is rather limited.Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicada

Surface Nucleation of Dispersed Droplets in Double Semicrystalline Immiscible Blends with Different Matrices

When a minor semicrystalline phase is dispersed in an immiscible blend with another polymer in the form of isolated droplets, its crystallization behavior is dominated by nucleation. In particular, nucleation can occur in the bulk volume of the phase (homogeneous nucleation), at the surface of possible nucleating foreign impurities, or at the interface with the matrix polymer. Dispersed poly(butene-1) (PB) and polycaprolactone (PCL) droplet phases are employed in various matrices (isotactic polypropylene (iPP), high density polyethylene (HDPE), poly(vinylidene fluoride) (PVDF) and poly(butylene succinate) (PBS)). The effect of matrix self-nucleation on the crystallization of the dispersed droplet phase is then probed. It is shown for all the investigated polymer blends that increasing the matrix crystallization temperature (T-c) via self-nucleation favors droplet nucleation at the interface, leading to a corresponding increase in the droplets'; T-c. Interestingly, distinct nucleation effects are observed when different polymer matrices are compared. The highest nucleating efficiency is displayed by the polymer pairs, which are known to exhibit epitaxial crystallization from previous literature, namely PB/iPP and PCL/HDPE. The order of nucleation efficiency of the other matrices is thought to be linked with the extent of crystallographic matching between the substrate and nucleating crystals.W.W. thanks the China Scholarship Council (CSC) for funding his Ph.D scholarship. The authors acknowledge the financial support from the BIODEST project; this project has received funding from the European Union's Horizon 2020 research and innovation program under the Marie Sklodowska-Curie Grant Agreement No. 778092. G.L. and A.J.M. acknowledge the financial support from the National Key R&D Program of China (2017YFE0117800). Open Access Funding provided by Universita degli Studi di Genova within the CRUI-CARE Agreement

Afianzando lazos entre la universidad y las escuelas primarias mediante la extensión

En este trabajo se expone como el proyecto de extensión universitaria “La Facultad va a la Escuela” ha afianzado su vínculo con las Escuelas Primarias de La Plata, Berisso, Brandsen y Punta Indio, resultado de un trabajo continuado que llevo a un creciente apoyo de las autoridades escolares. Desde el año 2002, el objetivo es contribuir a mejorar la enseñanza de las Ciencias Naturales, incentivando el uso de la experimentación y observación en el espacio áulico, como una forma más de aprendizaje y apropiación del conocimiento. Para alcanzarlo generamos espacios de intercambio democráticos con los maestros, donde se trabajan herramientas metodológicas que permiten la implementación de experiencias en el aula y el análisis crítico de las mismas. Los espacios incluyen talleres dentro del ámbito escolar y encuentros de evaluación conjunta distritales. El impacto alcanzado ha favorecido la innovación en las prácticas de enseñanza, el desarrollo de proyectos de ciencia y la revalorización del laboratorio y de la alfabetización científica. Como consecuencia, para el Ciclo Lectivo 2014 surgió como nuevo objetivo lograr que quienes participan se constituyan en agentes multiplicadores hacia sus pares, y no sólo hacia sus alumnos, siendo fundamental para ello el rol de los directivos y la incorporación al proyecto institucional.Facultad de Humanidades y Ciencias de la Educació

Afianzando lazos entre la universidad y las escuelas primarias mediante la extensión

En este trabajo se expone como el proyecto de extensión universitaria “La Facultad va a la Escuela” ha afianzado su vínculo con las Escuelas Primarias de La Plata, Berisso, Brandsen y Punta Indio, resultado de un trabajo continuado que llevo a un creciente apoyo de las autoridades escolares. Desde el año 2002, el objetivo es contribuir a mejorar la enseñanza de las Ciencias Naturales, incentivando el uso de la experimentación y observación en el espacio áulico, como una forma más de aprendizaje y apropiación del conocimiento. Para alcanzarlo generamos espacios de intercambio democráticos con los maestros, donde se trabajan herramientas metodológicas que permiten la implementación de experiencias en el aula y el análisis crítico de las mismas. Los espacios incluyen talleres dentro del ámbito escolar y encuentros de evaluación conjunta distritales. El impacto alcanzado ha favorecido la innovación en las prácticas de enseñanza, el desarrollo de proyectos de ciencia y la revalorización del laboratorio y de la alfabetización científica. Como consecuencia, para el Ciclo Lectivo 2014 surgió como nuevo objetivo lograr que quienes participan se constituyan en agentes multiplicadores hacia sus pares, y no sólo hacia sus alumnos, siendo fundamental para ello el rol de los directivos y la incorporación al proyecto institucional.Facultad de Humanidades y Ciencias de la Educació