Materiales blandos

Materiales blandos
José M. Méndez A.
Cinvestav
Introducción
Los materiales blandos, algunas veces
conocidos como fluidos complejos, incluyen
polímeros, coloides, surfactantes y cristales
líquidos,
entre
muchos
otros.
Estos
materiales, aparentemente distintos entre sí,
poseen propiedades estructurales y dinámicas
similares que se localizan entre las de un
sólido cristalino y las de los líquidos y gases
moleculares simples.
Introducción
Los materiales blandos surgen de la
complejidad
y
sofisticación
del
autoensamblado molecular. La versatilidad de
este tipo de orden ha sido explotada por la
industria manufacturera en la producción de
pinturas, plásticos, detergentes y muchos
otros productos de uso diario. En la
naturaleza, el autoensamblado controla la
estructura de las proteínas y de los ácidos
nucleicos.
Introducción
Esta conferencia pretende dar una idea general
de algunos de los principios físicos que hacen
posible que el género humano y la naturaleza
aprovechen el orden supramolecular de la
materia condensada blanda, así como hacer
un repaso somero de algunos temas de
investigación actuales.
¿Qué es blando?
1
∆W ≈ k BT ≈
eV
40
Materiales blandos:
Proteínas cristalizadas
Materiales blandos:
ADN empaquetado
Materiales blandos:
Cristales fotónicos
Materiales blandos:
Circuitos mixtos
Autoensamblado
Autoensamblado
Naturaleza estadística del
autoensamblado
 l 
δθ n ≈ δθ 0  
 ρ0 
n
Un sistema aislado, en equilibrio
termodinámico, puede ocupar, con la
misma probabilidad, cualquiera de sus
estados microscópicos.
Cuantificando la ignorancia
Cálculo de la configuración
más probable
„
„
„
El cálculo de paisajes energéticos permite estudiar
sistemas duros, como los semiconductores, o
fenómenos como la transición gas-líquido.
Cuando el paisaje energético es muy plano, se
requiere el cálculo de paisajes entrópicos, los que
permiten
estudiar
sistemas
blandos,
como
suspensiones coloidales de partículas duras, o
fenómenos como la cristalización de proteínas.
Con frecuencia es necesario calcular ambos paisajes,
como en el caso del complejo liposoma-ADN.
Covariancia de las leyes de la
física y potenciales efectivos
Covariancia ante contracciones de la descripción
Covariancia de las leyes de la
física y potenciales efectivos
Ecuación de Ornstein-Zernike
+
+
+L
p
hαβ (r ) = cαβ (r ) + ∑ nγ ∫ cαγ (r ' )cγβ ( r − r ' )dr '
V
γ =1
+
p
nγ nδ ∫ ∫ cαγ (r ' )cγδ (r ' ' )cδβ ( r − r '−r ' ' )dr ' dr ' '
∑
γ δ
, =1
+
V V
p
nγ nδ nε ∫ ∫ ∫ cαγ (r ' )cγδ (r ' ' )cδε (r ' ' ' )cεβ ( r − r '−r ' '−r ' ' )dr ' dr ' ' dr ' ' '
∑
γ δ ε
, , =1
+L
V V V
Covariancia de las leyes de la
física y potenciales efectivos
p
hαβ ( r ) = cαβ ( r ) + ∑ nγ ∫ cαγ ( r ' ) hγβ ( r − r ' ) dr '
V
γ =1
ef
ef
hαα ( r ) = cαα
( r ) + nα ∫ cαα
( r ' ) hαα ( r − r ' ) dr '
V
ef
(q) = c~αα (q) +
c~αα
p
∑
β
α
=1( ≠ )
nβ c~αβ (q)c~βα (q)
+L
~
[1 − n c (q)]
β ββ
βuαα (r ) ≈ −cαα (r )
ef
ef
Las fuerzas del mundo intermedio
Potenciales entrópicos
F (T , X) = E (T ) − TS (T , X)
∇ X F (T , X) = −T∇ X S (T , X)
Fuerzas entrópicas en sistemas coloidales
Potenciales de vaciamiento
entrópico
Ingeniería entrópica
Siempre que se genera entropía hay dos
efectos encontrados; por un lado se produce
orden y por el otro desorden.
La ingeniería entrópica se basa en una
metodología científica y tecnológica que
permite manipular la entropía de tal forma
que el orden se genere de forma útil,
indiferente al desorden. Esto permite el
diseño y síntesis de materiales con
propiedades deseables.
Sintiendo la entropía
Covariancia de las leyes de la
física y fenómenos dinámicos
„
Efectos de memoria (granulación del tiempo)
τ
„
¿Generalización del vector de Poynting
(electrodinámica estocástica covariante)?