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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.43.2021.tde-21052021-141713
Document
Author
Full name
Arnaldo Gomes de Oliveira Filho
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2021
Supervisor
Committee
Oliveira, Cristiano Luis Pinto de (President)
Eleno, Luiz Tadeu Fernandes
Oliveira, Ítalo Marcos Nunes de
Silva, Emerson Rodrigo da
Vieira, Andre de Pinho
Title in Portuguese
Estudos estruturais de cristais líquidos liotrópicos por métodos de espalhamento
Keywords in Portuguese
cristais líquidos
espalhamento de raios X a baixos ângulos
modelos matemáticos
mudança de fase
simulação
Abstract in Portuguese
Efetuamos neste trabalho modelagens e simulações computacionais do processo de espalhamento de raios X por sistemas liotrópicos, levando à caracterização detalhada de dados experimentais de SAXS. As estruturas micelares formadas em misturas de moléculas anfifílicas em água, que apresentam fases líquido cristalinas liotrópicas nemáticas, foram usadas como modelo de teste dos métodos computacionais, sobretudo pelas questões ainda pendentes sobre as dimensões estruturais dessas micelas. A ordem orientacional de longo alcance dessas fases nemáticas (discótica, calamítica ou biaxial) é usualmente explicada por diferentes modelos micelares. Em alguns desses modelos, micelas elipsoidais oblatas e prolatas explicam as fases nemáticas, em contraposição a modelos que sugerem que as micelas são intrinsecamente biaxiais e apenas sua mudança de ordem orientacional média caracteriza a fase. Preparamos então diversas misturas liotrópicas (com diferentes moléculas anfifílicas como principal surfactante) e usamos técnicas de microscopia óptica de luz polarizada, conoscopia laser e espalhamento de raios X a baixos ângulos (SAXS) para identificar, caracterizar e estudar as estruturas de suas fases nemáticas. Efetuamos também um estudo dos modos das flutuações do diretor nemático de algumas dessas misturas por espalhamento de luz dinâmico. Como resultado, abordagens inéditas na literatura foram obtidas, permitindo a determinação das dimensões micelares e detalhes de sua organização, bem como a confiabilidade e a pertinência das abordagens utilizadas.
Title in English
Structure studies of lyotropic liquid crystals by scattering methods
Keywords in English
liquid crystals
mathematical models
phase transition
simulation
small angle X-ray scattering
Abstract in English
In this work, advanced computational modeling and simulations for the small-angle scattering process of lyotropic systems are proposed, allowing for the detailed characterization of experimental SAXS data. The micellar structures formed by amphiphilic molecules in water, which present nematic lyotropic liquid crystalline phases, were used as a toy model for the computational methods, especially for the remaining questions about structural dimensions of these micelles. The long-range orientational order of nematic phases (discotic, calamitic or biaxial) is usually explained by different micellar models. In some of these models, oblate and prolate ellipsoidal micelles define the nematic phases, whereas other models suggest that micelles are intrinsically biaxial, hence only a change in their average orientational order would characterize the phase. We prepared a few lyotropic mixtures (with different amphiphilic molecules as the main surfactant) and used polarized light optical microscopy, laser conoscopy and small-angle X-ray scattering (SAXS) to identify, characterize and survey the structure of their nematic phases. We also studied the fluctuation modes of the nematic director of some of those mixtures by dynamic light scattering. As a result, new methodologies are proposed, enabling for the determination of micellar dimensions, details on its supramolecular organization as well as the reliability of the proposed models.
 
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Publishing Date
2021-05-21
 
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