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Title in Portuguese: Auto-organização de partículas patchy carregadas
Author: Araujo, Jorge Luiz Bezerra de
Advisor(s): Munarin, Felipe de Freitas
Co-advisor(s): Ferreira, Wandemberg Paiva
Keywords: Coloides
Partículas Patchy
Diagrama de Fases
Auto-organização
Dinâmica Molecular
Issue Date: 2014
Citation: ARAÚJO, J. L. B. Auto-organização de partículas patchy carregadas. 2014. 75 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2014.
Abstract in Portuguese: O atual estágio de desenvolvimento de técnicas experimentais permite a síntese de partículas coloidais complexas, cuja superfície pode ser precisamente "decorada" com propriedades físicas e/ou químicas diferentes. Tais coloides são usualmente definidos como partículas patchy. Como resultado da modificação de partes da superfície de tais partículas, a interação entre as mesmas é geralmente caracterizada por um potencial anisotrópico. Estudar e compreender o processo de auto-organização desse sistema particular é de grande interesse tanto do ponto de vista científico como tecnológico devido sua utilização em materiais funcionais. Nessa dissertação, estuda-se o comportamento de um sistema bidimensional de partículas patchy carregadas, nas quais a superfície é decorada pontualmente com uma carga de sinal contrário do centro da mesma de modo que cada coloide possua uma carga total C responsável pelo potencial de interação. Neste trabalho foi utilizada a técnica de simulação Dinâmica Molecular para estudar o processo de auto-organização dessas partículas para diversas densidades e temperaturas. Contudo, antes de apresentar resultados numéricos apresenta-se o modelo de partícula patchy e verifica-se o comportamento da energia de interação com dependência na carga efetiva da partícula e com o número de sítios ativos (p) que decoram as superfícies dos coloides, chamados de patches. Nota-se que o estudo de tais parâmetros é fundamental na previsão de estruturas que o sistema se estabiliza. Apresentam-se as estruturas de mínima energia estáveis, de um sistema com p=2 e carga total neutra, em um diagrama de fases com dependência na temperatura e densidade para p=2. Esse diagrama apresenta claramente duas fases bem definidas que foram distinguidas através de cálculos de propriedades termodinâmicas durante a simulação. Resultados para diferente p e carga total também são apresentados a fim de mostrar a influencia do número de patches, e da carga total, na configuração do sistema. Em geral, observa-se que para altos valores da carga total e/ou número de patches de cada partícula, o potencial repulsivo prevalece fazendo com que o sistema se estabilize em uma configuração cristalina. Por outro lado, um sistema composto de partículas com baixo valor de carga total ou numero de patches as partículas apresentam um potencial atrativo induzindo diferentes tipos de configurações no sistema, como, por exemplo, estruturas na forma de anéis e linhas de partículas.
Abstract: The current stage of development of experimental techniques allow the synthesis of particles complex colloidal, whose surface can be precisely "decorated" with physical properties and/or chemical combinations. Such colloids are usually defined as patchy particles. As result of the modification of parts of the surface of such particles, the interaction between them is generally characterized by an anisotropic potential. Study and understand the process of self-organization of this particular system is of great interest both from the scientific point of view as technology, because of its use in functional materials. In this dissertation, we study. The behavior of a two-dimensional system patchy charged particles, in which the surface is decorated with a timely charge sign opposite that located in the particle center. Thus, patchy each particle has a net charge C, which is result of the difference between the point charges on the surface and that in the particle center patchy. This study uses the technique of computer simulation of molecular dynamics to study the process of self-organization of particles patchy depending on the density and temperature. Initially, we present the model of patchy particles studied here and there is the behavior of the interaction energy between two particles and its dependence on load effective particle (liquid charge) and the number of active sites (p) that decorate the surfaces of colloids, called patches . The study of these parameters is important for understanding the self-organized structures obtained. Presents the stable structures of minimum energy a system with p=2 and C=0 as a function of temperature and density. In general, we observe two well defined phases were distinguished by calculation of thermodynamic properties during the simulation. Results for different values of p and C are also presented order to show the influence of this parameter in the system configuration. In general, it is observed that for large values of the charge and/or number of patches, the repulsive potential prevails causing the system to stabilize in a crystalline configuration. On the other hand, for a system composed of particles with a low value of charge and/or the number od patches interaction potential is attractive inducing predominantly resulting composite structures in the form of clusters of ring and lines particles.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/8971
metadata.dc.type: Dissertação
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