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Title in Portuguese: Estudo de sistemas coloidais de partículas anisotrópicas magnéticas
Author: Domingos, Jorge Luiz Coelho
Advisor(s): Ferreira, Wandemberg Paiva
Co-advisor(s): Peeters, François Maria Leopold
Keywords: Colóides
Percolação
Dinâmica molecular
Issue Date: 2018
Citation: DOMINGOS, J. L.C. Estudo de sistemas coloidais de partículas anisotrópicas magnéticas. 2018. 114 f. Tese (Doutorado em Física) – Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2018.
Abstract in Portuguese: O processo de auto-organização de um sistema bidimensional de barras magnéticas é estudado. As barras são modeladas como contas dipolares unidas e alinhadas, o chamado modelo vagem. O sistema é estudado por meio das simulações de Dinâmica Molecular e Dinâmica de Langevin. Inicialmente, uma introdução sobre os sistemas de matéria mole, mostrando suas principais características e alguns aspectos teóricos e experimentais é apresentada. A seguir, são apresentados e discutidos os métodos computacionais adotados nas simulações, bem como o tratamento matemático do sistema. Quanto aos resultados da tese, uma diversidade de configurações auto-organizadas, tais como: (1) aglomerados, (2) percolados e (3) estruturas ordenadas são obtidas e caracterizadas em relação ao estado de agregação das partículas e ordenamento. Ao aumentar a razão de aspecto das barras magnéticas, verifica-se que em duas dimensões a transição de percolação é suprimida. Este resultado é oposto ao que é observado em sistemas semelhantes em três dimensões. Mostra-se que esse comportamento é uma conseqüência de efeitos geométricos que reduzem a mobilidade das barras à medida que a razão de aspecto destas é aumentada. No que diz respeito ao ordenamento das partículas no sistema, uma fase magnética é encontrada com ordenamento ferromagnético local, e também é observado um comportamento não monotônico incomum da ordem nemática. Com base também em simulações de Dinâmica de Langevin, as configurações auto-organizadas são estudadas para o caso especial em que o dipolo das contas que constituem as barras está desalinhado em relação ao eixo da barra. O desalinhamento é zero quando o dipolo é paralelo ao eixo axial. Verificou-se que a densidade necessária para a formação da estrutura percolada diminui com o aumento do desalinhamento do dipolo. Além disso, o sistema exibe diferentes estados de agregação (sólido ou líquido) para diferentes desalinhamentos, mesmo quando a mesma densidade é considerada. A estabilidade das estruturas auto-organizadas é estudada em relação à temperatura, e geralmente aumenta com o aumento do desalinhamento dos dipolos.
Abstract: The self-assembly process of a two-dimensional ensemble of magnetic rods is studied. The rods are modelled as aligned single dipolar beads, the so-called peapod model. The system is studied by means of Molecular Dynamics and Langevin Dynamics simulations. An introduction on soft matter systems, showing their main features and some theoretical and experimental aspects is first presented. In the following, the computational methods adopted in the simulations and the mathematical treatment of the system are presented and discussed. Concerning the results of the thesis, a diversity of self-assembled configurations such as: (1) clusters, (2) percolated and (3) ordered structures are obtained and characterized with respect to the state of aggregation of the particles and ordering. By increasing the aspect ratio of the magnetic rods, it is found that in two dimensions the percolation transition is suppressed. This is opposite to what is observed in similar three dimensional systems. It is shown that such a behavior is a consequence of geometrical effects which reduce the mobility of the rods as the aspect ratio of such rods is increased. Concerning the ordering of the particles in the system, a magnetic bulk phase is found with local ferromagnetic order and an unusual non-monotonic behavior of the nematic order is also observed. Based also on extensive Langevin Dynamics simulations, the selfassembled configurations are studied for the special case where the dipole of the beads that constitute the rods are misaligned with respect to the rod axis. The misalignment is zero when the dipole is parallel to the axial axis. It is found that the density required for the formation of the percolated structure decreases with increasing misalignment of the dipole. Also, the system exhibits different aggregation states (solid or liquid) for different misalignment, even when the same density is considered. The stability of the self-assembled structures are studied with respect to temperature, and it usually increases with increasing misalignment of the dipoles.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/30880
metadata.dc.type: Tese
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