Colloidal Phase Transition Dynamics

Resumen

En este trabajo experimental, se presentan observaciones experimentales en transiciones de fase coloidales (de estado líquido a sólido) donde la evaporación a diversas escalas es relevante. Se han usado dos sistemas experimentales bien diferenciados: una configuración tipo deposición vertical (evaporación relativamente baja y larga duración del experimento) y “spin-coating” (alta evaporación y corta duración del experimento) para alcanzar los objetivos propuestos en esta tesis. (a) Se estudia la formación de patrones en la deposición vertical de coloides a varias temperaturas con campo eléctrico alterno aplicado. Se utiliza una suspensión acuosa diluida de partículas de poliestireno de 1.3 µm de diámetro cargadas negativamente para llevar a cabo experimentos con campos débiles y muy lentamente variables (0.8 V/mm a 1.2 V/mm y con frecuencias de 1 Hz a 3 Hz). A temperatura ambiente, la aplicación de los campos eléctricos citados da lugar a la formación de un arreglo unidimensional de agregados de partículas (“clusters”) cerca de la linea de contacto. Se han estudiado los flujos que aparecen en el sistema durante la formación y evolución de los agregados anteriormente nombrados mediante análisis de PIV. Además, se demuestra el efecto que tiene la concentración de partículas inicial (0.5 % a 1.1 % (m/m)) en dicha evolución. A mayor temperatura (63 ◦C), pero con campo se obtienen depósitos de tipo columnata. Se ha estudiado el efecto de la intensidad del campo en el comportamiento de los depósitos obtenidos. (b) Se obtienen monocapas policristalinas, sobre sustratos fotolitografiados, de suspensiones etanólicas (95 %) coloidales de partículas de sílice con un diámetro de 458 nm a concentración media (20 % (V/V)). El patrón que forma el sustrato rompe la simetría axial del sistema y evita la aparición de la estructura policristalina correlacionada orientacionalmente (OCP) que da lugar a la aparición de cuatro o seis brazos por reflexión de luz. El efecto de las distancias características del patrón sobre los depósitos por “spin-coating” ha sido estudiado extensivamente. Se caracterizan las estructuras a través del parámetro de orden de ligadura (“bond”) con una métrica estructural de Minkowski. Además se estudia la magnetohidrodinámica de una suspensión coloidal híbrida (Hierro carbonilo y sílice de tamaños micrométricos) por “spin-coating” y se obtienen las propiedades magnetorreológicas en función del factor de ocupación en los depósitos resultantes. Se desarrolla un modelo generalizado modificando el obtenido por Cregan y O’Brien [85] para medir el efecto de la viscosidad relativa de coloides híbridos con campos magnéticos.