Auto-ensamblado de cristales líquidos en nano-gotas

Abstract

"Existen fases intermedias entre el líquido y el sólido, son llamadas mesofases. Los materiales que presentan estas mesofases son conocidos como cristales líquidos (CLs), estos son capaces de auto-ensamblarse según las condiciones que se les impongan y de esta manera forman las fases intermedias. Un tipo de cristal líquido es el termotrópico, el cual puede variar su diagrama de fases solo cambiando su temperatura. Este tipo de CLs se dividen en discóticos y calamíticos (de rodillo). Según su forma se auto-ensamblan y forman las mesofases nemática, colésterica, esméctica y columnar. Puedes encontrar cristales líquidos en pantallas, celdas solares, telarañas, jabones, etc., es por eso que su estudio es importante sobre todo cuando estos sistemas se encuentran en confinamiento. Con confinamiento nos referimos al acto de frustrar al sistema introduciendo paredes que delimiten su movimiento, al hacer esto se suele desordenar el sistema. Induciendo un anclaje se puede imponer un nuevo orden, haciendo que las partículas más cercanas a la pared interaccionen con ella y se anclen de determinada manera. Este trabajo de tesis consiste en confinar un sistema de cristales líquidos discóticos en una esfera e inducirle de manera independiente dos tipos de anclaje (face-on y edge-on), y se busca comprender como se comportan los CLs al estar en esas condiciones. Esta investigación se lleva a cabo mediante simulación computacional utilizando el método de Montecarlo, se utiliza el potencial de Gay-Berne para la interacción partícula-partícula y para simular el anclaje se utiliza una adecuación del potencial de Gay-Berne para la interacción partícula-pared, por primera vez se usa este tipo de potencial en esferas. Para caracterizar el sistema se utiliza la función de distribución radial (g(r)), perfil de densidad (rho(r)), parámetro de orden de enlace-orientacional (Phi_n) y la densidad promedio. Se caracterizan principalmente dos temperaturas (T*=3 y T*=2.5), en ambos tipos de alineación se observa que a menor temperatura los CLs más cercanos a la pared ya empezaron a promover el anclaje hacia el centro de la esfera. Además de mostrar una mejor estructura al encontrarse cerca de la pared. La formación de la mesofase columnar fue más favorecida en la alineación tipo edge-on, sin embargo, el sistema comienza a presentar frustraciones geométricas a T*=2.4. Estas frustraciones son los defectos topológicos. Lo novedoso de este trabajo de tesis es que se estudia un sistema complejo junto con un potencial de interacción partícula-pared que nadie ha estudiado, y se han obtenido buenos resultados."

"There are intermediate phases between the liquid and the solid, they are called mesophases. The materials that present these mesophases are known as liquid crystals (LCs), they are capable of self-assembly according to the conditions imposed on them and in this way they form the intermediate phases. One type of liquid crystal is the thermotropic, which can vary its phase diagram just by changing its temperature. These types of CLs are divided into discotic and calamitic (rod-like). Depending on their shape, they self-assemble and form the nematic, cholesteric, smectic and columnar mesophases. You can find liquid crystals in displays, solar cells, cobwebs, soaps, etc. For these reasons the LCs study is important especially when these systems are in confinement. With confinement we refer to the act of frustrating the system by introducing walls that delimit its movement. Then, the system is usually disordered, but by inducing an anchor a new order can be imposed by causing the particles closest to the wall to interact with it and anchor in a certain way. This thesis work consists of confining a system of discotic liquid crystals in a sphere and independently inducing two types of anchoring (face-on and edge-on), and it seeks to understand how CLs behave when under these conditions. This research is carried out through computational simulation using the Monte Carlo method. The Gay-Berne potential is used for the particle-particle interaction and to simulate the anchoring an adaptation of the Gay-Berne potential for the particle-wall interaction is used, for the first time this type of potential is used in spheres. The radial distribution function (g (r)), density profile (r (r)), orientation-bond order parameter (Fn) and the average density are used to characterize the system. Two temperatures are mainly characterized (T*=3 and T*=2.5), in both types of alignment it is observed that at a lower temperature the LCs closest to the wall have already begun to promote anchoring towards the center of the sphere. In addition to showing a better structure when being close to the wall. The formation of the columnar mesophase was more favored in the edge-on type alignment, however the system begins to present geometric frustrations at T*=2.4. These frustrations are the topological defects. The novelty of this thesis work is that a complex system is studied together with a particle-wall interaction potential that no one has studied, and good results have been obtained."