Estudio de los cambios termodinámicos asociados a las transiciones de fase y mesofases en cristales líquidos mediante simulación molecular

• Autores: Hümöller, Juan Martín
• Año de publicación: 2025
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Oviedo, Oscar Alejandro; Rodríguez, Carlos Ramiro; Puiatti, Marcelo; Vaca Chavez Fornasero, Fabian; Narambuena, Claudio F.; Billoni, Orlando Vito; De Paoli , Juan Martin
• Materia: Cristales líquidos; Termodinámica; Mecanismo de reacciones; Fenómenos de fases de transición; Interfases; Dinámica molecular; Fisicoquímica; Nanoestructuras; Propiedades termodinámicas
• Institución: Universidad Nacional de Córdoba

Tesis (Doctor en Ciencia de Materiales) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2025
Fil.: Hümöller, Juan Martín. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.
En esta tesis se presentan los detalles de la investigación de los cambios termodinámicos y dinámicos asociados a las transiciones de fase y mesofases en cristales líquidos mediante simulaciones moleculares multinivel. Para abordar la complejidad de estos sistemas, se abordan dos aproximaciones: un modelo de cadenas de esferas puramente repulsivas, diseñado para explorar la secuencia completa de fases, y un modelo de átomos unidos de la serie homóloga cianobifenilo, enfocado en la descripción fisicoquímica cuasi-realista y la validación experimental. Como herramienta central de análisis, se aplica el modelo termodinámico de las dos fases, que permite un desglose cuantitativo de la densidad de estados y las variables termodinámicas en sus contribuciones traslacionales, rotacionales y vibracionales. El análisis del modelo de cadenas de esferas ha permitido reproducir la secuencia de transiciones desde la fase líquida isotrópica hasta la cristalina pasando por las mesofases nemáticas y esmécticas, revelando el rol dominante del término de trabajo mecánico en la termodinámica de un sistema gobernado por la entropía de empaquetamiento. Por otra parte, el estudio con el modelo de átomos unidos ha sido validado comparando el coeficiente de autodifusión con datos experimentales. El hallazgo más significativo de este modelo es la cuantificación del rol preponderante de la dinámica intramolecular en la transición de la fase líquida isotrópica a la mesofase nemática: se ha demostrado que los cambios en los grados de libertad vibracionales, asociados a la flexibilidad de la cola alquílica, dominan la variación total de energía y entropía. En conjunto, la comparación crítica entre ambos modelos, unificada por el análisis del modelo de las dos fases, constituye la contribución principal de este trabajo. Este enfoque ha permitido demostrar cuantitativamente que la transición de la fase líquida isotrópica a la mesofase nemática no es un simple proceso de ordenamiento orientacional, sino que está termodinámicamente gobernada por los cambios en la entropía conformacional. Se proporciona así un fundamento nanoscópico que reconcilia la visión de cuerpo rígido con el rol de la flexibilidad molecular en la termodinámica de la materia blanda.
2027-11-30
Fil.: Hümöller, Juan Martín. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.