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http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/13739
Tipo: | Dissertação |
Título: | Auto-organização e dinâmica de um sistema coloidal binário |
Autor(es): | Leite, Levi Rodrigues |
Orientador: | Ferreira, Wandemberg Paiva |
Palavras-chave: | Colóides;Difusão;Transição de fase |
Data do documento: | 2013 |
Citação: | LEITE, L. R. Auto-organização e dinâmica de um sistema coloidal binário. 2013. 87 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013. |
Resumo: | Nesta dissertação estudam-se as propriedades estruturais e dinâmicas de um sistema de partículas clássicas, com cargas opostas, confinadas em um canal parabólico (confinamento quasi-unidimensional), que interagem através do potencial de Yukawa e um potencial repulsivo do tipo soft-core, em função da densidade e da estequiometria do sistema. O modelo aqui proposto e adequado ao estudo de partículas coloidais (soluto) estabilizadas em um meio líquido (solvente). Na primeira parte da dissertação, investigam-se as configurações de mínima energia do sistema (temperatura T = 0) através de simulações computacionais (método de Monte Carlo) e cálculos analíticos. Apesar da nao-trivialidade do potencial de interação entre as cargas, observa-se que é possível a formação de configurações (ligas) estáveis simples, nas quais as partículas se auto-organizam em cadeias lineares ao longo do canal parabólico. Dependendo da densidade, as configurações de equilíbrio podem ser interpretadas como cadeias de partículas ou como cadeias de dipolos elétricos. Em seguida, estudam-se as vibrações mecânicas destas ligas (no caso das estruturas de 1 e 2 cadeias), onde e possível comprovar a estabilidade destas configurações. O espectro de fônons da estrutura de 1 cadeia revela a presença de gap’s, através dos quais não é possível a propagação de uma onda. Neste caso, a estrutura de 1 cadeia pode ser pensada como um filtro de ondas mecânicas. Ondas com frequências no intervalo associado ao ”gap” nao são possíveis de se propagar através da estrutura. Na segunda parte deste trabalho, estuda-se a difusão das partículas através de simulação computacional usando o método de Dinâmica Browniana. A difusão é estudada em função do alcance e da intensidade da interação entre partículas e em função da temperatura. A intensidade da interação é analisada através da variação da densidade. Todos esses parâmetros exercem considerável influência no processo de difusão. De maneira geral, podemos constatar que o aumento da densidade diminui o expoente que caracteriza o processo difusivo, gerando valores diferentes daqueles conhecidos na literatura. O aumento da estequiometria também contribui para esse comportamento, uma vez que as partículas de maior carga possuem raio maior, e portanto afetam mais partículas em sua vizinhança, modificando o processo difusivo localmente. A influência da temperatura depende da configuração. No entanto, um fato bastante interessante é que a diminuição da temperatura gera um processo superdifusivo no regime intermediário. Este fato é novidade em sistemas coloidais e é associado à característica competitiva (repulsão/atração) do potencial de interação entre as cargas que constituem o sistema. |
Abstract: | In this work we investigate the structural and dynamical properties of a system of classical particles, with opposite charges, under the action of a parabolic confinement (quasiunidimensional confinement), wich interact by Yukawa Potential and a soft-core repulsive potential, in function of system density and stoichiometry. The model here proposed is suitable for the study of colloidal particles (solute) stabilized in a liquid medium (solvent). In the first part of dissertation, we investigates the minimum energy configurations of the system (temperature T = 0) through computational simulations (Monte Carlo) method and analytical calculations. Despite the non-triviality of the interaction potential between charges, we noted that it is possible to form simple stable configurations (alloys) along the channel, in which the particles get self-organized in linear chains along the parabolic channel. Depending on the density the equilibrium configurations can be interpreted as chains of particles or as chains of electric dipoles. We study the mechanical vibrations of these alloys (in the case of 1 and 2 chains structures), where it is possible to prove the stability of these configurations. Phonon spectrum of the 1- chain structure reveals the presence of gap’s through which it is not possible the propagation of a wave. In this case, the structure of 1 chain can be thought as a mechanical wave filter. Waves with frequencies in the range associated with the ”gap”are not possible to propagate along the structure. In the second part of this work, we study particles diffusion through computer simulation using Brownian Dynamics method. Diffusion is studied as a function of range and intensity of interaction between particles and in function of temperature. The intensity of the interaction is examined by density variation. All these parameters have considerable influence on the diffusion process. In general, we note that the increase in density decreases the exponent that characterizes the diffusive process, generating different values from those known from the literature. Increased stoichiometry also contributes to this behavior, once the particles of bigger charge have a larger radius, and thus affect more particles in its vicinity, modifying the diffusive process locally. The influence of temperature depends on the configuration. However, a very interesting fact is that decrease in temperature process generates a superdiffusive behavior in the intermediate regime. This is a new fact in colloidal systems and is associated with competitive potential (repulsion/attraction) characteristic of interaction between system charges. |
URI: | http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/13739 |
Aparece nas coleções: | DFI - Dissertações defendidas na UFC |
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