Determinación directa del diagrama de fase de un sistema coloidal mediado por agotamiento

Área de la Ciencia:

• Ciencias de las superficies y coloides
• Física de la materia blanda
• Ciencias de los materiales

Sus antecedentes:

• Las interacciones de agotamiento son cruciales para modular el comportamiento coloidal, permitiendo diversas fases cristalinas y vítreas.
• Las investigaciones experimentales anteriores del comportamiento de la fase mediada por agotamiento en suspensiones acuosas con respecto a los potenciales de pareja son limitadas.
• Comprender estas interacciones es clave para controlar el autoensamblaje coloidal.

Objetivo del estudio:

• Implementar e investigar experimentalmente las fases de fluido, cristal y vidrio en suspensiones coloidales acuosas utilizando interacciones de agotamiento.
• Para determinar el límite de fase entre las fases de fluido y cristal mediante el cálculo de potenciales de par.
• Caracterizar el inicio de la formación de vidrio en función de las tasas de ensamblaje y las pendientes potenciales de los pares.

Principales métodos:

• Se utilizan suspensiones acuosas de partículas de poliestireno con diferentes concentraciones de agotador y sal.
• Cálculo de los potenciales de par mediante la combinación de las interacciones de van der Waals, electrostáticas y de agotamiento.
• Determinación de parámetros desconocidos (concentración de impurezas iónicas, relación depleción/osmolaridad) a partir de espectros de reflectancia.
• Se extrajo el espaciamiento entre partículas de los picos de difracción de Bragg en fases cristalinas.
• Las tasas de ensamblaje estimadas de las pendientes potenciales de los pares para caracterizar la formación de vidrio.

Principales resultados:

• Implementó con éxito tres fases distintas: fluido, cristal y vidrio.
• Definido el límite de cristal líquido con una profundidad de pozo de energía de 3kBT.
• Se estableció que el inicio de la formación de vidrio se caracteriza por la velocidad de ensamblaje (más de 300 μm/s) en lugar de la profundidad del pozo.
• Demostró que los cristales se forman a través de la ganancia de entalpía, mientras que los cristales se forman cinéticamente a través del atascamiento rápido.

Conclusiones:

• Las interacciones de agotamiento proporcionan un método versátil para controlar el comportamiento de la fase coloidal en sistemas acuosos.
• El estudio proporciona una validación experimental de los modelos teóricos de las transiciones de fase coloidal.
• Distingue entre el control termodinámico de la cristalización y el control cinético de la formación de vidrio en sistemas coloidales.