LEITE, L.R. Depletion forces exerted by passive and active matter on passive colloids. 2017. 125 f. Tese (Doutorado em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2017. / Submitted by Pós-Graduação em Física (posgrad@fisica.ufc.br) on 2017-04-10T19:10:32Z No. of bitstreams: 1 10 TESE - LEVI RODRIGUES LEITE.pdf: 10149835 bytes, checksum: b86b43a92ea112cae62bdfba648e2657 (MD5) / Approved for entry into archive by Giordana Silva (giordana.nascimento@gmail.com) on 2017-04-12T20:19:45Z (GMT) No. of bitstreams: 1 10 TESE - LEVI RODRIGUES LEITE.pdf: 10149835 bytes, checksum: b86b43a92ea112cae62bdfba648e2657 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-12T20:19:45Z (GMT). No. of bitstreams: 1 10 TESE - LEVI RODRIGUES LEITE.pdf: 10149835 bytes, checksum: b86b43a92ea112cae62bdfba648e2657 (MD5) Previous issue date: 2017-03-30 / In this thesis it is proposed a study of the influence of the depletion forces induced by passive particles as a function of the medium (particles) that surrounds then. In the first part of this thesis, the depletion forces exerted by active (self-propelled) particles on passive and elliptical passive objects are studied through numerical simulations. It is shown that a bath of active particles can induce repulsive and attractive forces that are sensitive to the shape and orientation of the passive objects. In general, the force resulting in passive objects due to the active particles is studied as a function of the shape and orientation of the passive objects, magnitude of the angular noise, and distance between passive objects. In the case where the separation between passive objects is less than an active particle diameter, the increase of this separation results in an increase of the magnitude of the depletion forces, which are repulsive in this case. For distances between passive objects larger than one diameter of the active particle, the magnitude of the depletion force always decreases with increasing distance between the passive particles. It is also observed that the nature of the depletion force (attractive or repulsive) depends on the shape and relative orientation of the passive particles. It is noted that an attractive depletion force occurs when elliptical passive objects are arranged side by side, but so that the semi-major axis are parallel and not aligned. This occurs for a sufficiently high concentration (or density) of active particles. In the second part of the thesis, we study the dependence of the depletion force related to the shape of the objects that undergo such interactions. In this case, passive "large" objects (elliptic, triangular and semi-circular forms), which undergo the depletion interaction, are immersed in a passive solvent (bath of passive particles of smaller size). The depletion forces may present distinct nature (attractive or repulsive) from that predicted by Asakura-Oosawa. The passive bath always attractive or repulsive depletion forces depending on the shape of the passive objects. In addition, the intensity of the depletion forces are sensitive to the shape of the obstacle and the bath temperature of passive particles, as well as to the size of the passive objects suffering the depletion interaction and density of the bath particles. By modifying the shape of the passive objects from elliptical to triangular, the magnitude of the repulsive depletion forces increases by two orders of magnitude. In the case of semi-circular objects, a strong damped oscillation is observed in the depletion force, emphasizing that such forces are considerably sensitive to the distance between the passive objects. In the case of triangular objects, it is observed that the induced depletion forces can be attractive or repulsive depending on the internal angle, which becomes a parameter of control of the resulting depletion force. / Nesta tese propõe-se o estudo da influência das forças de depleção induzidas em partículas passivas em função do meio (partículas) que as circundam. Na primeira parte do trabalho, estudam-se as forças de depleção exercidas por partículas ativas (auto-propelidas) em objetos passivos circulares e elípticos através do cálculo numérico. Mostra-se que um banho de partículas ativas pode induzir forças repulsivas e atrativas que são sensíveis à forma e orientação dos objetos passivos. Em geral, a força resultante nos objetos passivos devido às partículas ativas são estudadas como função da forma e orientação dos objetos passivos, magnitude do ruído angular e distância entre os objetos passivos. No caso em que a separação entre objetos passivos é menor que um diâmetro de partícula ativa, o aumento desta separação resulta em um aumento da magnitude das forças de depleção, que são repulsivas neste caso. Para distâncias entre os objetos passivos maiores que um diâmentro da partícula ativa, a magnitude da força de depleção sempre decresce com o aumento da distância entre as partículas passivas. Observa-se também que a natureza da força de depleção (atrativa ou repulsiva) depende da forma e orientação relativa das partículas passivas. Observa-se que uma força de depleção atrativa ocorre quando objetos passivos de forma elíptica são dispostos lado a lado, mas de modo que os semi-eixos maiores estão paralelos e não alinhados. Isto ocorre para uma densidade suficientemente alta do banho de partículas ativas. Na segunda parte do trabalho, estuda-se a dependência da força de depleção em relação a forma dos objetos que sofrem tal interação. Neste caso, os objetos passivos “grandes” (formas elíptica, triangular e semi-circular), que sofrem a interação de depleção, estão imersos em um solvente passivo (banho de partículas passivas com dimensões menores). Observa-se que as forças de depleção podem ser de natureza (atrativa ou repulsiva) distinta daquelas previstas por Asakura-Oosawa. O banho passivo induz forças de depleção de natureza distinta, dependendo da forma dos objetos passivos. Além disso, a intensidade das forças de depleção são também sensíveis à forma do obstáculo e à temperatura do banho de partículas passivas, bem como em relação ao tamanho dos objetos passivos que sofrem a interação de depleção, e à densidade das partículas do banho. Modificando-se a forma dos objetos passivos de elíptico para triangular, a magnitude das forças repulsivas de depleção aumentam em duas ordens de magnitude. Para o caso do objetos semi-circulares, uma oscilação fortemente amortecida é observada na força de depleção, ressaltando-se que a natureza dessa força é consideravelmente sensíveis à distância entre os objetos passivos. Para o caso de objetos triangulares, observa-se que as forças de depleção induzidas podem ser atrativas ou repulsivas dependendo do ângulo interno, tornando-se este um parâmetro de controle da força de depleção resultante.

Submitted by Rafael Santana (rafael.silvasantana@ufpe.br) on 2018-01-23T18:07:07Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) dissertacao_LQCC.pdf: 4320770 bytes, checksum: 507da0424a860ad7deaee7c8e22e53eb (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-23T18:07:07Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) dissertacao_LQCC.pdf: 4320770 bytes, checksum: 507da0424a860ad7deaee7c8e22e53eb (MD5) Previous issue date: 2016-12-16 / CNPQ / In this MSc. Thesis we investigate the dynamical properties of dipole-like self-propelled particles and their abilities to transport otherwise passive matter. We use Brownian Dynamics, via the Langevin equation, to model the interaction between the particles and the solvent. First, we simulated various sets of parameters, mapping the resulting structures formed by the magnetic active particles for several values of dipole moment and external field. Then, we analysed how these structures could aid in the transport of passive particles. We found that in dilute regimes, the preeminent cause of transport was the head-on collisions between active and passive particles, resulting in a large gap in the mean squared velocity of the two kinds of matter. In dense systems, we observed a freezing of the active-passive ensemble in systems with a low dipole moment, while particles with high dipolar moment could form veins in the crystal, and even separate into distinct regions. We also studied the magnetic active matter whose magnetic moment direction was orthogonal to that of its self-propulsion. We observed a new mechanism of transport arise, where the active particles would envelope and sweep the passive particles. This proved to be the most efficient method of transport of passive matter by self-propelled particles in dilute regimes, resulting in mean squared velocities six times larger than those obtained for parallel active particles. / Nesta dissertação, nós investigamos partículas dipolares auto-propulsoras, suas propriedades dinâmicas e sua capacidade de transportar matéria passiva. Nós utilizamos Dinâmia Browniana, através da equação de Langevin, para modelar a interação entre as partículas e o solvente. Inicialmente nós simulamos o sistema para vários conjuntos de parâmetros e mapeamos os diversos valores dos momentos de dipolo e campo externo às estruturas formadas pelas partículas magnéticas. Analisamos então como estas estruturas poderiam ser utilizadas no transporte de matéria passiva. Nós descobrimos que no regime diluído, a causa mais proeminente de transporte era a colisão direta entre as partículas passivas e ativas, resultando em uma grande diferença entre a velocidade média quadrática entre os dois tipos de partícula. Em casos densos, nós observamos uma cristalização em sistemas com momento de dipolo pequeno, enquanto partículas com alto momento de dipolo podiam formar veias no cristal, e até se separar em regiões distintas. Nós também estudamos matéria ativa cuja direção do momento de dipolo era ortogonal à direção de auto-propulsão. Nós observamos o surgimento de um novo mecanismo de transporte, no qual a partículas ativas envolvem e varrem as partículas passivas. Esta provou ser a forma mais eficiente de transporte de matéria passiva em regimes dilutos, resultando em velocidade médias quadráticas até seis vezes maiores que aquelas obtidas quando a direção do momento de dipolo e a direção da auto-propulsão eram paralelos.

OLIVEIRA, Jessé Pereira de. Transporte em um sistema binário de partículas autopropelidas. 2015. 55 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2015. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-28T17:59:25Z No. of bitstreams: 1 2015_dis_jpoliveira.pdf: 4553539 bytes, checksum: 34f5d2c643bcea3444dad8820e83f2a2 (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-10-28T18:05:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2015_dis_jpoliveira.pdf: 4553539 bytes, checksum: 34f5d2c643bcea3444dad8820e83f2a2 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-10-28T18:05:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2015_dis_jpoliveira.pdf: 4553539 bytes, checksum: 34f5d2c643bcea3444dad8820e83f2a2 (MD5) Previous issue date: 2015 / Originally introduced by T. Vicksek et al. [Phys. Rev. Lett. 75, 1226 (1995)], Self Propelled Particles (SPP) have an intrinsic constant speed which suffer variations ins its direction as results of external perturbations (another particles or system) and are used to model systems that shows agglomeration effects. The concept of SPP is applied to describe and understand dynamic effects of agglomeration in natural systems, such as living micro-organisms (bacteria, virus, etc.) and colonies of individuals which move in flocks (fishes, sheep, bees) or, artificially produced, as colloidal systems especially prepared in laboratory. The study of SPP has its relevance in several areas of knowledge, such as material engineering, medicine and sciences of nature (physics, chemistry and biology). In most of cases, the collective motion has an well-differentiated behaviour of the individual motion of the components of a given system. So, the movement of a certain individual is affected by the presence of the other elements of the system, changing its general behaviour, as direct consequences of the direct interaction between them. In this way, we see the importance of investigation and understanding of collective motion of the SPP. Especially in this dissertation, we study a binary two-dimensional system of SPP subject to the presence of rigid obstacles with anisotropic geometry (semi-circles) distributed neatly in form of a square web. Beyond the particle-particle and particleobstacle interaction, the individual movement of each SPP suffers influence of an white noise. The objective is characterize the transport of SPP trough the two-dimensional substratum in absence of an propeller external force. We present and systematic study of collective motion of SPP in function of the speed of the particles, of the noise intensity which defines the stochastic movement of SPP, of the size of the obstacles, of the SPP density e the separation between the obstacles. Due the anisotropy of the obstacles, arise an spontaneous and ordered collective motion in normal direction of the plane surface of the obstacles, characterized by an non-null mean speed for each type of SPP in absence of an external force which in affected by the system parameters. / Originalmente introduzidas por T. Vicksek et al. [Phys. Rev. Lett. 75, 1226 (1995)], part´ıculas auto-propelidas (PAP) possuem uma velocidade intr´ınseca constante que sofre varia¸c˜oes em sua dire¸c˜ao como resultados de perturba¸c˜oes externas (outras part´ıculas ou meio) e s˜ao usadas para modelar sistemas que apresentam efeitos de aglomera¸c˜ao. O conceito de PAP ´e aplicado para descrever e entender efeitos dinˆamicos de aglomera¸c˜ao em sistemas naturais, tais como microorganismos vivos (bact´erias, v´ırus, etc) e colˆonias de indiv´ıduos de que se movem em bandos (peixes, ovelhas, abelhas, etc) ou, produzidos artificialmente, como sistemas coloidais especialmente preparadas em laborat´orio. O estudo de PAP tem sua relevˆancia em diversas ´areas do conhecimento, tais como engenharia de materiais, medicina e ciˆencias da natureza (f´ısica, qu´ımica e biologia). Na maioria dos casos, o movimento coletivo tem um comportamento bastante diferenciado dos movimentos individuais dos componentes de um dado sistema. Assim, o movimento de um certo indiv´ıduo ´e influenciado pela presen¸ca dos outros constituintes do sistema, alterando o seu comportamento geral, como consequˆencia da intera¸c˜ao direta entre eles. Desta forma, vemos a importˆancia da investiga¸c˜ao e entendimento do comportamento coletivo das PAP. Nesta disserta¸c˜ao, estudamos um sistema bidimensional bin´ario de PAP na presen¸ca de obst´aculos r´ıgidos com geometria anisotr´opica (semi-c´ırculos) distribu´ıdos na forma de uma rede quadrada. Al´em das intera¸c˜oes part´ıcula-part´ıcula e part´ıcula-obst´aculo, o movimento individual de cada PAP sofre influˆencia de um ru´ıdo branco. O objetivo ´e caracterizar o transporte de PAP atrav´es do substrato bidimensional na ausˆencia de uma for¸ca externa propulsora. Apresentamos um estudo sistem´atico do movimento coletivo das PAP em fun¸c˜ao das velocidades das part´ıculas, da intensidade do ru´ıdo que define o movimento estoc´astico das PAP, do tamanho dos obst´aculos, da densidade de PAP e da separa¸c˜ao entre os obst´aculos. Devido a anisotropia dos obst´aculos, surge um movimento coletivo espontˆaneo e ordenado na dire¸c˜ao normal `a superf´ıcie plana dos obst´aculos, caracterizado por uma velocidade m´edia n˜ao-nula para cada tipo de PAP na ausˆencia de for¸ca externa e que ´e influenciado pelos parˆametros do sistema.