Proyectos Universitarios
Autoensamblado y reología de suspensiones coloidales y fotónica basada en cristales líquidos
Carlos Ignacio Mendoza Ruiz
Instituto de Investigaciones en Materiales
Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías

Datos curatoriales

Nombre de la colección

Proyectos Universitarios PAPIIT (PAPIIT)

Responsables de la colección

Ing. César Núñez Hernández; L.I. Ivonne García Vázquez

Colección asociada

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Responsables de la colección asociada

@collection_responsible@

Dependencia

Dirección de Desarrollo Académico, Dirección General de Asuntos del Personal Académico (DGAPA)

Institución

Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM)

Identificador único (URN)

DGAPA:PAPIIT:IN115010

Datos del proyecto

Nombre del proyecto

Autoensamblado y reología de suspensiones coloidales y fotónica basada en cristales líquidos

Responsables

Carlos Ignacio Mendoza Ruiz

Año de convocatoria

2010

Clave del proyecto

IN115010

Dependencia participante

Instituto de Investigaciones en Materiales

Palabras clave

@keywords@

Área

Área de las Ciencias Físico Matemáticas y de las Ingenierías

Disciplina

Materiales

Especialidad

Materia blanda

Modalidad

a) Proyectos de investigación

Síntesis

El proyecto consiste en realizar investigación teórica y numérica sobre propiedades reológicas y estructurales de sistemas coloidales y el control de la luz en cristales fotónicos (CF) infiltrados con cristal líquido (CL)._x000D_ _x000D_ Podemos agrupar las líneas de investigación del presente proyecto de la siguiente manera:_x000D_ _x000D_ (a) Reología de soluciones coloidales.- Una solución coloidal es un sistema heterogéneo en el cual partículas sólidas o líquidas con dimensiones del orden de decenas de micras o menos se encuentran dispersas en un medio líquido. La presencia de partículas en un medio líquido modifica de manera importante las propiedades reológicas de la solución, dependiendo del tamaño, material, forma, interacción y concentración de partículas así como del solvente. Variar de manera controlada las propiedades reológicas es de gran importancia en industrias como la de los productos de belleza, la industria farmacéutica y de los alimentos. Se han hecho muchos estudios para modelar el comportamiento reológico de estos sistemas, sin embargo, los resultados distan mucho de ser satisfactorios particularmente para sistemas con fuertes interacciones directas e hidrodinámicas a altas concentraciones. En nuestro grupo hemos propuesto una aproximación a este problema, el cual consiste en emplear teorías de medio efectivo diferencial. En esta aproximación, hemos introducido de manera explícita las interacciones de volumen excluido entre las partículas para obtener una expresión para la viscosidad a bajas concentraciones. Dicha expresión se emplea posteriormente utilizando un procedimiento recursivo para obtener otra, válida para cualquier concentración. Los resultados obtenidos han sido excelentes ya que logramos reproducir los resultados experimentales mejor que cualquier otro modelo del que tengamos conocimiento. Nuestros esfuerzos se concentrarán ahora en tratar de generalizar nuestro modelo y obtener expresiones cuya validez se extienda a partículas de forma arbitraria. Se requiere la información de la viscosidad intrínseca, la cual se conoce para una variedad de partículas de distinta forma. Así mismo, una extensión natural a estas teorías sería su aplicación a mezclas de varios tipos de partículas coloidales. Además nos interesa tratar de describir el comportamiento reológico de estas substancias en términos de lo que se conoce como “atascamiento” (jamming). Adicionalmente, se estudia la hidrodinámica de pequeños agregados coloidales sometidos a un flujo cortante y tratamos de entender la influencia que tiene la quiralidad de los agregados en su comportamiento dinámico._x000D_ _x000D_ (b) Auto-ensamblado de coloides.- Los estados de equilibrio de una solución coloidal pueden formar patrones espaciales periódicos sin la necesidad de un agente externo, a esto se le conoce como auto-ensamblado. Las micro-estructuras obtenidas de esta manera pueden ser muy útiles para el desarrollo de dispositivos de tamaño micro y nano-métrico. Hemos desarrollado un modelo sumamente simplificado pero que contiene los ingredientes principales para describir las interacciones y el auto ensamblado en este tipo de partículas consistentes de un núcleo duro (partícula coloidal) rodeado de una corona blanda (polímero adherido) en el caso de mezclas binarias. Este modelo ha logrado reproducir estructuras que se forman en mezclas binarias de copolimeros de bloque y que tienen mucho potencial en la industria de la micro-electrónica. Queremos generalizar nuestros resultados al caso de partículas anisotrópicas como bastones y mezclas consistentes en bastones y esferas tanto en dos como en tres dimensiones. Se utilizarán simulaciones de Monte-Carlo y posteriormente se caracterizarán las estructuras obtenidas utilizando funciones de correlación y se generará un diagrama de fases como función de los distintos parámetros del sistema como concentración, alcance de los potenciales, etc._x000D_ _x000D_ (c) Propiedades ópticas y estructura de bandas de cristales fotónicos (CF) infiltrados con cristal líquido (CL).- Los CL son fases de equilibrio en las cuales las moléculas del material se arreglan en un grado de orden intermedio entre el desorden completo de un líquido y el orden tridimensional de largo alcance de un cristal. Adicionalmente, el estado del orden molecular se puede controlar mediante la aplicación de campos externos. Esto permite diseñar dispositivos cuyas características varíen según la intensidad del campo externo aplicado. Recientemente se han explorado las potenciales de los CL para el desarrollo de estructuras fotónicas de tamaño micrométrico que permitan la manipulación microscópica de la luz y que se utilicen para el desarrollo de cavidades ópticas y aplicaciones láser. Para muchas posibles aplicaciones tales como filtros sintonizables, interruptores ópticos y guías de onda, la sintonización de las propiedades de los CF durante su operación es extremadamente importante. Dado que los CF consisten de al menos dos capas alternadas de sus componentes, la sintonización se puede realizar cambiando el índice de refracción de uno de los componentes, lo cual a su vez, alterará la posición del ancho de banda fotónico. La combinación de CF con CL es muy prometedora en este sentido ya que el índice de refracción efectivo de un CL se puede controlar de manera muy importante mediante la aplicación de campos eléctricos y magnéticos. Para el estudio de los CF en una dimensión se utilizará el método de la matriz de transferencia y para la descripción del CL se considerarán las ecuaciones nematodinámicas utilizando los métodos propuestos por Leslie para encontrar las configuraciones de equilibrio del director del CL bajo la acción de campos eléctricos o magnéticos. Una vez resueltas estas ecuaciones utilizando el método de “shooting”, se incorporarán en el cálculo de la matriz de transferencia._x000D_ _x000D_

Contribución

Las líneas de investigación que forman parte del presente proyecto pueden considerarse continuación de temas de investigación en los que se ha estado trabajando en los últimos años. Todas ellas han contribuido al avance en sus respectivas temáticas. Una muestra de ello es que los resultados de las investigaciones desarrolladas en ésta área han sido publicadas en revistas de circulación internacional de reconocido prestigio. Así por ejemplo, en el área de reología de suspensiones coloidales, hemos desarrollado una metodología basada en un modelo diferencial que ajusta los resultados experimentales de una solución de esferas duras mejor que cualquier otro modelo del que tengamos noticia. Hemos demostrado la relevancia, que en el cálculo de la viscosidad, juegan las interacciones de volumen excluido. La contribución del presente proyecto consistiría en proponer descripciones similares a esta pero para el caso de partículas de forma arbitraria que darían igualmente buenos resultados y llenarán un hueco importante en esta área ya que las descripciones actuales para dichos sistemas no son satisfactorias, de hecho, en muchos casos se usan los resultados obtenidos para esferas y se intentan aplicar a diferentes formas de partículas. En el caso de los pequeños agregados coloidales, ayudaremos a comprender la influencia de la quiralidad de los mismos en los procesos dinámicos cuando son sometidos a flujos cortantes._x000D_ _x000D_ En el caso del auto-ensamblado en soluciones de partículas que interactúan mediante potenciales del tipo núcleo duro - corona blanda, encontramos un modelo muy simple que describe de manera correcta resultados experimentales en el auto-ensamblado de mezclas binarias de copolímeros de bloque. Estos sistemas son de gran relevancia para el desarrollo de sistemas micro y nano-electrónicos. En contraste, los sistemas que exploraremos en el presente proyecto no se han llevado aun a la práctica y la contribución consistiría en hacer predicciones en cuanto a la morfología de las mesofases que se obtendrían y la obtención de diagramas que permitan entender el comportamiento de fases de estos sistemas._x000D_ _x000D_ Por último, en el caso de los CF infiltrados con CL, pretendemos proponer dispositivos que se pudieran llevar posteriormente a la práctica y que permitan sintonizar de manera precisa los fenómenos ópticos presentes en los CF y pensamos que nuestros estudios permitirán entender mejor la respuesta de sistemas fotónicos sujetos a la acción de campos eléctricos. La relevancia de estos estudios podría ser muy importante desde el punto de vista tecnológico._x000D_

Información general

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Dirección de Desarrollo Académico, Dirección General de Asuntos del Personal Académico (DGAPA). %%Autoensamblado y reología de suspensiones coloidales y fotónica basada en cristales líquidos%%, Proyectos Universitarios PAPIIT (PAPIIT). En %%Portal de datos abiertos UNAM%% (en línea), México, Universidad Nacional Autónoma de México.
Disponible en: http://datosabiertos.unam.mx/DGAPA:PAPIIT:IN115010
Fecha de actualización: 2017-03-13 00:00:00.0
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Para más información sobre los Proyectos PAPIIT, favor de escribir a: Dra. Claudia Cristina Mendoza Rosales, directora de Desarrollo Académico (DGAPA). Correo: ccmendoza #para# dgapa.unam.mx



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