A finalidade da presente dissertação é desenvolver uma teoria de suspensões coloidais com contraÍons multivalentes. O objetivo é calcular o perfil de densidáde dos contraÍons no modelo de cela de Wigner-Seitz esférica. Uma nova condição de contorno para a equação de Poisson- Boltzmann (PB) é deduzida; essa condição de contorno é justificada pelo fato de que em sistemas fortemente correlacionados, a maioria dos contraíons estão condensados nos coloides. Contraíons que estão longe das partículas coloidais vão estar em um regime disperso, no qual a equação de PB continua válida. Para obter a condição de contorno para a equação de PB, seguindo Shklovskii, consideramos o equilíbrio termodinâmico entre os contraíons condensados, que são modelados como um líquido fortemente correlacionado - o plasma de um componente -, e os contraíons no regime disperso. A densidade efetiva de contraíons na camada que envolve a partícula coloidal é obtida usando um procedimento do tipo "coarse graining". Um procedimento de comparação permite-nos conectar os dois regimes através da nova condição de contorno. O método é diferente do originalmente preconizado por Shklovskii, que usou o raio do contraíon para definir a concentração dos contraíons condensados. / The goal of the present dissertation is to develop a theory of colloidal suspensions with multivalent counterions. The objective is to calculate the counterion density profile within a spherical Wigner Seitz cell model. A new boundary condition for the Poisson-Boltzmann (PB) equation is derived. This boundary condition is justified by the fact that in a strongly correlated system, most of the counterions are condensed onto colloids. Counterions which are far from colloidal particles will be in a disperse regime in which the PB equation remains valid. To get the boundary condition for the PB equation, following Shklovskii, we consider the thermodynamic equilibrium between the condensed counterions, which are modeled as a strongly correlated fluid - the one component plasma - and the counterion in the disperse regime. The effective counterion density in the shealth surrounding the colloidal particle is obtained using a coarse graining procedure. A matching procedure allows us to connect the two regimes through the new boundary condition. The method is different from the one originally advacated by Shklovskii, who used the counterion radius to define the concentration of condensed counterions.

A finalidade da presente dissertação é desenvolver uma teoria de suspensões coloidais com contraÍons multivalentes. O objetivo é calcular o perfil de densidáde dos contraÍons no modelo de cela de Wigner-Seitz esférica. Uma nova condição de contorno para a equação de Poisson- Boltzmann (PB) é deduzida; essa condição de contorno é justificada pelo fato de que em sistemas fortemente correlacionados, a maioria dos contraíons estão condensados nos coloides. Contraíons que estão longe das partículas coloidais vão estar em um regime disperso, no qual a equação de PB continua válida. Para obter a condição de contorno para a equação de PB, seguindo Shklovskii, consideramos o equilíbrio termodinâmico entre os contraíons condensados, que são modelados como um líquido fortemente correlacionado - o plasma de um componente -, e os contraíons no regime disperso. A densidade efetiva de contraíons na camada que envolve a partícula coloidal é obtida usando um procedimento do tipo "coarse graining". Um procedimento de comparação permite-nos conectar os dois regimes através da nova condição de contorno. O método é diferente do originalmente preconizado por Shklovskii, que usou o raio do contraíon para definir a concentração dos contraíons condensados. / The goal of the present dissertation is to develop a theory of colloidal suspensions with multivalent counterions. The objective is to calculate the counterion density profile within a spherical Wigner Seitz cell model. A new boundary condition for the Poisson-Boltzmann (PB) equation is derived. This boundary condition is justified by the fact that in a strongly correlated system, most of the counterions are condensed onto colloids. Counterions which are far from colloidal particles will be in a disperse regime in which the PB equation remains valid. To get the boundary condition for the PB equation, following Shklovskii, we consider the thermodynamic equilibrium between the condensed counterions, which are modeled as a strongly correlated fluid - the one component plasma - and the counterion in the disperse regime. The effective counterion density in the shealth surrounding the colloidal particle is obtained using a coarse graining procedure. A matching procedure allows us to connect the two regimes through the new boundary condition. The method is different from the one originally advacated by Shklovskii, who used the counterion radius to define the concentration of condensed counterions.

A finalidade da presente dissertação é desenvolver uma teoria de suspensões coloidais com contraÍons multivalentes. O objetivo é calcular o perfil de densidáde dos contraÍons no modelo de cela de Wigner-Seitz esférica. Uma nova condição de contorno para a equação de Poisson- Boltzmann (PB) é deduzida; essa condição de contorno é justificada pelo fato de que em sistemas fortemente correlacionados, a maioria dos contraíons estão condensados nos coloides. Contraíons que estão longe das partículas coloidais vão estar em um regime disperso, no qual a equação de PB continua válida. Para obter a condição de contorno para a equação de PB, seguindo Shklovskii, consideramos o equilíbrio termodinâmico entre os contraíons condensados, que são modelados como um líquido fortemente correlacionado - o plasma de um componente -, e os contraíons no regime disperso. A densidade efetiva de contraíons na camada que envolve a partícula coloidal é obtida usando um procedimento do tipo "coarse graining". Um procedimento de comparação permite-nos conectar os dois regimes através da nova condição de contorno. O método é diferente do originalmente preconizado por Shklovskii, que usou o raio do contraíon para definir a concentração dos contraíons condensados. / The goal of the present dissertation is to develop a theory of colloidal suspensions with multivalent counterions. The objective is to calculate the counterion density profile within a spherical Wigner Seitz cell model. A new boundary condition for the Poisson-Boltzmann (PB) equation is derived. This boundary condition is justified by the fact that in a strongly correlated system, most of the counterions are condensed onto colloids. Counterions which are far from colloidal particles will be in a disperse regime in which the PB equation remains valid. To get the boundary condition for the PB equation, following Shklovskii, we consider the thermodynamic equilibrium between the condensed counterions, which are modeled as a strongly correlated fluid - the one component plasma - and the counterion in the disperse regime. The effective counterion density in the shealth surrounding the colloidal particle is obtained using a coarse graining procedure. A matching procedure allows us to connect the two regimes through the new boundary condition. The method is different from the one originally advacated by Shklovskii, who used the counterion radius to define the concentration of condensed counterions.

Com o objetivo de estudar os efeitos provocados pela adição de um corante em um cristal líquido termotrópico (CL), pesquisamos neste trabalho a influência da temperatura na reorientação das moléculas deste composto, bem como o índice de refração e a absorção não-linear, devido à presença de um campo eletromagnético. O CL estudado apresenta a reorientação de suas moléculas na presença de luz polarizada. Esta reorientação se deve à polarização provocada pelo campo eletromagnético da luz incidente nas moléculas do CL. O torque, que ocasiona tal reorientação, é denominado torque óptico Gammaopt. Quando estes CLs são dopados com determinados corantes, o campo incidente também interage com o corante, induzindo assim dipolos elétricos. Estes dipolos, por sua vez, interagem com as moléculas do CL provocando nelas um torque adicional Gammadye. Este torque adicional é proporcional ao torque óptico Gammadye = eta Gammaopt, onde eta é uma característica do corante denominado de fator de amplificação do torque óptico e depende da temperatura em que a amostra se encontra. A principal ferramenta do nosso estudo é a técnica de varredura z e, é através dela, que observamos a influência da temperatura nos efeitos não-lineares, refrativo e absortivo, exibidos pelas amostras. Através de tal técnica, calculamos, em função da temperatura, o fator de amplificação do torque óptico (eta); os índices de refração não-lineares (n2) devido à reorientação molecular da amostra, com e sem corante; e os coeficientes de absorção não-lineares (Beta) da amostra dopada devido a efeitos térmicos, de reorientação (torque) e de todos os efeitos somados. / With the objective of studying the effects due to the addition of a dye in a thermotropic liquid crystal (LC), we investigated in this work the influence of the temperature in the reorientation of the molecules of this compound, as well as the refraction index and the non linear absorption, in the presence of a electromagnetic field. The studied LC presents the reorientation of its molecules in the presence of polarized light. This reorientation is due to the polarization induced by the electromagnetic field of the incident light in the molecules of LC. The torque, that causes such reorientation, is named Gammaopt. When these LCs are doped with certain dyes, the incident field also interact with the dye, inducing electric dipoles. These dipoles, interact with the molecules of the LC producing an additional torque Gammadye. This additional torque is proportional to the optical torque Gammadye = eta Gammaopt, where eta is a characteristic of the dye, a factor of amplification of the optical torque, that is temperature dependent. The main tool of our study is the z-scan technique and, it is through it, that we observed the influence of the temperature in the non linear, refractive and absorptive effects, exhibited by the samples. Through this technique, we calculated, as a function of the temperature, the amplification factor of the optical torque (eta); the non linear refractive index (n2) due to the molecular reorientation of the sample, with and without dye; and the non linear absorption coefficient (Beta) of the doped sample due to thermal effects, of reorientation (torque) and of all the effects together.

Com o objetivo de estudar os efeitos provocados pela adição de um corante em um cristal líquido termotrópico (CL), pesquisamos neste trabalho a influência da temperatura na reorientação das moléculas deste composto, bem como o índice de refração e a absorção não-linear, devido à presença de um campo eletromagnético. O CL estudado apresenta a reorientação de suas moléculas na presença de luz polarizada. Esta reorientação se deve à polarização provocada pelo campo eletromagnético da luz incidente nas moléculas do CL. O torque, que ocasiona tal reorientação, é denominado torque óptico Gammaopt. Quando estes CLs são dopados com determinados corantes, o campo incidente também interage com o corante, induzindo assim dipolos elétricos. Estes dipolos, por sua vez, interagem com as moléculas do CL provocando nelas um torque adicional Gammadye. Este torque adicional é proporcional ao torque óptico Gammadye = eta Gammaopt, onde eta é uma característica do corante denominado de fator de amplificação do torque óptico e depende da temperatura em que a amostra se encontra. A principal ferramenta do nosso estudo é a técnica de varredura z e, é através dela, que observamos a influência da temperatura nos efeitos não-lineares, refrativo e absortivo, exibidos pelas amostras. Através de tal técnica, calculamos, em função da temperatura, o fator de amplificação do torque óptico (eta); os índices de refração não-lineares (n2) devido à reorientação molecular da amostra, com e sem corante; e os coeficientes de absorção não-lineares (Beta) da amostra dopada devido a efeitos térmicos, de reorientação (torque) e de todos os efeitos somados. / With the objective of studying the effects due to the addition of a dye in a thermotropic liquid crystal (LC), we investigated in this work the influence of the temperature in the reorientation of the molecules of this compound, as well as the refraction index and the non linear absorption, in the presence of a electromagnetic field. The studied LC presents the reorientation of its molecules in the presence of polarized light. This reorientation is due to the polarization induced by the electromagnetic field of the incident light in the molecules of LC. The torque, that causes such reorientation, is named Gammaopt. When these LCs are doped with certain dyes, the incident field also interact with the dye, inducing electric dipoles. These dipoles, interact with the molecules of the LC producing an additional torque Gammadye. This additional torque is proportional to the optical torque Gammadye = eta Gammaopt, where eta is a characteristic of the dye, a factor of amplification of the optical torque, that is temperature dependent. The main tool of our study is the z-scan technique and, it is through it, that we observed the influence of the temperature in the non linear, refractive and absorptive effects, exhibited by the samples. Through this technique, we calculated, as a function of the temperature, the amplification factor of the optical torque (eta); the non linear refractive index (n2) due to the molecular reorientation of the sample, with and without dye; and the non linear absorption coefficient (Beta) of the doped sample due to thermal effects, of reorientation (torque) and of all the effects together.

Made available in DSpace on 2016-06-02T20:16:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2224.pdf: 2663151 bytes, checksum: b8216bb3c62b2148a34c038a44ed490d (MD5) Previous issue date: 2008-09-05 / Financiadora de Estudos e Projetos / In this work were studied the physical properties of magnetic nanoparticles, based on iron oxide, and magnetic graphite fluid particles. The work was developed in three steps: 1) synthesis of the magnetic nanoparticles of iron oxides by the sol-gel and co-precipitation methods, 2) synthesis of the magnetic graphite fluid particles, 3) structural, microstructural and magnetic characterization of the samples. The morphological properties of the iron oxide nanoparticles, by the MEV-FEG images, showed that the samples obtained by sol-gel technique have a large tendency to create powder agglomerates. By the way, the samples obtained by coprecipitation showed a mean powder diameter 11nm, calculated from the micrographs images. Although, the same value , obtained from the XRD pattern, and diffraction peaks intensity are ~1.5 nm. From the magnetization curves, zero field cooling (ZFC), field cooling (FC), it was possible to see a phase transition for the locked-state at T ( )K B ≈ 39 ±1 for the sample obtained by sol-gel, and at T ( )K B ≈ 179 ±1 for the sample obtained by co-precipitations. The magnetization values as a function of the applied field showed a superparamagnetic behavior, ensured by the electronic paramagnetic resonance (EPR). The morphological characterization of the magnetic fluid graphite, by the TEM images, also showed an agglomerate state, but it was possible to estimate a mean diameter ~10nm. This unpublished value is much smaller than the observed on the literature. The structural characterization of the magnetic fluid graphite, obtained by infrared spectroscopy, showed that the surfactant particles (CTAB) still present on the magnetic fluid graphite surface. The surfactant particles are the responsible for the solution stability; From the magnetization measurements, as a function of the field, the graphite particles showed a typical ferromagnetic behavior. The (ZFC) magnetization measurements showed that the graphite particles have a non-null magnetization at room temperature, and the aqueous suspension doesn`t have influence on the magnetization behavior. The obtained results according to the synthesis way agree with the results showed in the literature. For the iron oxide nanoparticles it has been observed the superparamagnetic behavior in all the samples. The structural properties are ruled according to the synthesis process. On the other hand, for the magnetic graphite fluid particles, the magnetization process was made by the oxi-reduction method controlled on the vapor phase, with controlled atmosphere. After the magnetization process, was obtained by the first time the synthesis of the magnetic graphite fluid, initially on water suspension, with the magnetization properties unchanged. / Tendo como motivação a aplicabilidade das nanopartículas magnéticas o presente trabalho tem como objetivos principais estudar as características físicoquímicas das nanopartículas magnéticas, a base de óxido de ferro, e partículas de grafite magnético fluido. O desenvolvimento do trabalho se deu em três etapas: 1) síntese das nanopartículas magnéticas a base de óxido de ferro pelos métodos de sol-gel e co-precipitação; 2) síntese das partículas de grafite magnética fluida; 3) caracterização estrutural, microestrutural e magnética das amostras obtidas. A caracterização morfológica das nanoparticulas de óxido de ferro, usando a técnica de MEV-FEG, mostrou que amostras obtidas via sol-gel apresentam maior aglomeração dos pós, impossibilitando que uma analise qualitativa de seu tamanho fosse realizada. Já as amostras obtidas pelo método da co-precipitação encontrouse, por análise qualitativa, uma estimativa da distribuição média do diâmetro em torno de 11nm, cujo valor, calculado através da técnica de DRX, está na ordem de 7,5nm. Mediante as curvas de magnetização, esfriamento com campo zero (ZFC) e esfriamento com campo aplicado (FC) foi observada uma transição para o estado de bloqueio para as amostras sintetizadas por sol-gel ( T )K B ≈ 39 ±1 e para coprecipitção T ( )K B ≈ 179 ±1 . Medidas de magnetização em função do campo mostraram que os materiais têm comportamento superparamagnético, confirmado por meio de ressonsncia paramagnética eletrônica (RPE). A caracterização morfológica das partículas de grafite magnética fluida, usando a técnica de TEM, revelaram que as partículas estão aglomeradas, sendo possível estimar que as partículas apresentam diâmetro médio em torno de 10 nm. Este valor obtido surpreende, já que não existe na literatura atual nenhum trabalho que mostre um tamanho tão reduzido para partículas de grafite. A caracterização estrutural da grafite magnética fluido foi realizada através da técnica de espectroscopia na região do infravermelho, onde foi observado a presença de moléculas do surfactante (CTAB) na superfície da grafite magnético fluido. Acreditase que tal mudança proporciona a sua estabilidade em solução aquosa; Mediante medidas de magnetização em função do campo realizado, observou-se um comportamento ferromagnético típico. Já as medidas de magnetização à ZFC das amostras, permitem concluir que, após o tratamento químico, a grafite apresenta uma magnetização a temperatura ambiente, e que a suspensão, não prejudicou em nada a sua magnetização. As análises dos resultados e a escolha do método de síntese foram essenciais para validar os resultados obtidos junto à literatura existente. No caso das nanopartículas de óxido de ferro pode-se observar o comportamento superparamagnético em todas as amostras. No entando, as caracteristicas estruturais apresentaram uma dependência referente ao método de síntese empregado. Já no caso das partículas de grafite magnético, o processo de magnetização foi realizado através de reação de oxidação-redução controlada em fase de vapor, com rigoroso controle de atmosfera. Depois de magnetizado, foi realizado o processo inédito de síntese do grafite magnético fluido, inicialmente em uma suspensão aquosa, de modo que a magnetização obtida não se foi prejudicada.

Consideramos o modelo de Maier-Saupe com a discretização de Zwanzig para as possíveis orientações das moléculas de cristais líquidos nemáticos. Esse modelo reproduz a transição de fases nemático-isotrópica dos cristais líquidos termotrópicos em acordo com a teoria fenomenológica de Maier e Saupe. Introduzimos variáveis desordenadas de forma a fim de descrever uma eventual estrutura biaxial em uma mistura binária de moléculas uniaxiais oblatas e prolatas. Para uma desordem do tipo quenched, o diagrama de fases do modelo possui uma fase nemática biaxial estável. Para uma desordem do tipo annealed, a estrutura biaxial é termodinamicamente instável. Esses resultados são confirmados realizando um contato com a teoria de Landau-de Gennes. Para ganhar intimidade com os cálculos estatísticos estudamos também um modelo para uma mistura binária de magnetos de Ising na rede. Para ir além dos resultados de campo médio, formulamos o modelo de Maier-Saupe discretizado na rede de Bethe. A análise desse problema é realizada através das relações de recorrência para a função de partição. A transição nemático-isotrópica é localizada através de uma expressão para a energia livre obtida pelo engenhoso método de Gujrati. Considerando o problema das misturas binárias de moléculas nemáticas e utilizando o formalismo adequado à fluidez das partículas annealed, tanto uma análise de estabilidade linear das relações de recorrência quanto uma análise termodinâmica proibem a existência da fase nemática biaxial. / We consider the Maier-Saupe model with the Zwanzig restriction for the orientations of the liquid-crystalline molecules. This model describes the nematic-isotropic phase transition of the thermotropic liquid-crystals. In order to study an elusive biaxial structure on a binary mixture of rods and discs, we add new disordered shape variables. For a quenched distribution of shapes, the system displays a stable biaxial nematic phase. For a thermalized distribution of shapes, however, the biaxial structure is forbidden. These results are confirmed through a connection with the Landau-de Gennes theory. To gain confidence in the use of these techniques, we also studied a model for a binary mixture of Ising magnets on a lattice. In order to go beyond the mean-field calculations, we consider the discretized Maier- Saupe (-Zwanzig) model on a Bethe lattice. The analysis of the problem is performed by the iteration of some recurrence relations. The isotropic-nematic phase transition is determined through the free energy that comes from the Gujrati method. For the problem of a binary mixture of prolate and oblate molecules, using a formalism suitable for the fluidity of the nematic molecules, we show that both thermodynamic and dynamic analyses of stability preclude the existence of a nematic biaxial phase.

Consideramos o modelo de Maier-Saupe com a discretização de Zwanzig para as possíveis orientações das moléculas de cristais líquidos nemáticos. Esse modelo reproduz a transição de fases nemático-isotrópica dos cristais líquidos termotrópicos em acordo com a teoria fenomenológica de Maier e Saupe. Introduzimos variáveis desordenadas de forma a fim de descrever uma eventual estrutura biaxial em uma mistura binária de moléculas uniaxiais oblatas e prolatas. Para uma desordem do tipo quenched, o diagrama de fases do modelo possui uma fase nemática biaxial estável. Para uma desordem do tipo annealed, a estrutura biaxial é termodinamicamente instável. Esses resultados são confirmados realizando um contato com a teoria de Landau-de Gennes. Para ganhar intimidade com os cálculos estatísticos estudamos também um modelo para uma mistura binária de magnetos de Ising na rede. Para ir além dos resultados de campo médio, formulamos o modelo de Maier-Saupe discretizado na rede de Bethe. A análise desse problema é realizada através das relações de recorrência para a função de partição. A transição nemático-isotrópica é localizada através de uma expressão para a energia livre obtida pelo engenhoso método de Gujrati. Considerando o problema das misturas binárias de moléculas nemáticas e utilizando o formalismo adequado à fluidez das partículas annealed, tanto uma análise de estabilidade linear das relações de recorrência quanto uma análise termodinâmica proibem a existência da fase nemática biaxial. / We consider the Maier-Saupe model with the Zwanzig restriction for the orientations of the liquid-crystalline molecules. This model describes the nematic-isotropic phase transition of the thermotropic liquid-crystals. In order to study an elusive biaxial structure on a binary mixture of rods and discs, we add new disordered shape variables. For a quenched distribution of shapes, the system displays a stable biaxial nematic phase. For a thermalized distribution of shapes, however, the biaxial structure is forbidden. These results are confirmed through a connection with the Landau-de Gennes theory. To gain confidence in the use of these techniques, we also studied a model for a binary mixture of Ising magnets on a lattice. In order to go beyond the mean-field calculations, we consider the discretized Maier- Saupe (-Zwanzig) model on a Bethe lattice. The analysis of the problem is performed by the iteration of some recurrence relations. The isotropic-nematic phase transition is determined through the free energy that comes from the Gujrati method. For the problem of a binary mixture of prolate and oblate molecules, using a formalism suitable for the fluidity of the nematic molecules, we show that both thermodynamic and dynamic analyses of stability preclude the existence of a nematic biaxial phase.

Neste trabalho realizamos dois estudos independentes sobre a termodinâmica de modelos de água e o dobramento de proteínas em rede. / On this work we develop two independent studies on lattice models for water thermodynamics and protein folding.

Neste trabalho realizamos dois estudos independentes sobre a termodinâmica de modelos de água e o dobramento de proteínas em rede. / On this work we develop two independent studies on lattice models for water thermodynamics and protein folding.