Propiedades termodinámicas y estructurales de nanoagregados de agua y de la interfase hielo-aire - Gelman Constantin, Julián (2015)
Estudiamos por Monte Carlo y Dinámica Molecular la estructura y termodinámica de nanoagregadosde agua de entre 4 y 200 moléculas. Utilizamos la capacidad calórica de los agregadospara seguir las transiciones entre estructuras más ordenadas (tipo "sólido") y menos ordenadas (tipo "líquido"). La correlación hallada entre las estructuras y el momento dipolar total del agregadopuede servir para distinguir entre agregados tipo "sólido" y tipo "líquido" en los experimentos. Hallamosuna gran dependencia de las temperaturas de transición con el modelo de agua y el tamañodel agregado. En base a las distribuciones de un parámetro de orden pudimos distinguir dos poblacionesde agua (más y menos tetraédrica), aún en agregados tipo "líquido", cuyas proporcionesvarían en función de la temperatura y de la región del agregado (centro o superficie). Estudiamos también la interfase hielo-vapor para sistemas macroscópicos, por Dinámica Moleculary por Microscopía de Fuerza Atómica (AFM). Las simulaciones nos permitieron ver condetalle molecular la interacción de puntas modelo con la capa cuasi-liquida, y a la vez estudiarla indentación del hielo. Observamos que durante la indentación nunca desaparece la capa cuasillíquida entre la punta y el hielo, y pudimos calcular la energía libre de la fusión capa por capainducida por la punta. En el caso de una punta hidrofílica, hallamos indicios de una capilaridadentre la misma y la capa cuasi-líquida. Para las mediciones experimentales, modificamos un AFMcomercial de modo de poder generar una interfase hielo-aire de geometría adecuada y controlarel sobre-enfriamiento y la humedad relativa y temperatura del aire en contacto con la muestra, yrealizamos curvas de fuerza sobre dicha interfase. Los resultados obtenidos permiten discutir la validezde las mediciones reportadas en la bibliografía, y sugieren una cota máxima para los espesoresreales de la capa cuasi-líquida sobre hielo. A su vez, estimamos espesores de la capa cuasi-líquidapresente entre la punta y el hielo durante la indentación.