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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.43.2021.tde-21052021-141713
Documento
Autor
Nome completo
Arnaldo Gomes de Oliveira Filho
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2021
Orientador
Banca examinadora
Oliveira, Cristiano Luis Pinto de (Presidente)
Eleno, Luiz Tadeu Fernandes
Oliveira, Ítalo Marcos Nunes de
Silva, Emerson Rodrigo da
Vieira, Andre de Pinho
Título em português
Estudos estruturais de cristais líquidos liotrópicos por métodos de espalhamento
Palavras-chave em português
cristais líquidos
espalhamento de raios X a baixos ângulos
modelos matemáticos
mudança de fase
simulação
Resumo em português
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.
Título em inglês
Structure studies of lyotropic liquid crystals by scattering methods
Palavras-chave em inglês
liquid crystals
mathematical models
phase transition
simulation
small angle X-ray scattering
Resumo em inglês
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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Data de Publicação
2021-05-21
 
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