Colloidal aggregation induced by an uniaxial magnetic field

Résumé

Los fluidos magneto-reoléogicos son dispersiones de nano-partéculas magnéticas suspendidas en un fluido no magnético. Los momentos magnéticos de las partículas tienden a alinearse en la dirección del campo aplicado. Aparecen entonces fuerzas de naturaleza dipolar, atractivas en la dirección paralela al campo y repulsivas en dirección normal. Debido al carácter anisótropo de la interacción magnética, las partículas tienden a formar agregados lineales, paralelos a la dirección del campo magnético externo. Esto ocurre siempre que la interacción mmagnética sea lo suficientemente intensa como para superar a las interacciones que regulan la estabilidad de las partículas. Por otro lado, si existen ligaduras entre las partículas que constituyen estos agregados lineales, entonces algunas de estas estructuras lineales son ¿permanentes¿, es decir, que mantienen su geometría aun en ausencia del campo magnéticoexterno. La respuesta al campo externo de las partículas magnéticas, la geometría lineal de los agregados, y la posibilidad de controlar la longitud de los agregados permanentes a través del tiempo de exposición al campomagnético avalan el interés suscitado por estos sistemas y su uso en aplicaciones y en campos muy diferentes como en la separación celular magnética, la conducción de fármacos, sistemas de control sísmico, sistemas ópticos birrefrigentes, comoinstrumentos adecuados para realizar mezclas a escala micrométrica, en el estudio de las propiedades elásticas de ligandos utilizados en el puenteo coloidal, etc. Sin embargo, hasta ahora sólo un número relativamente pequeño de estudios experimentales y de simulaciones se han centrado en el estudio de laformacion de estos agregados lineales. Estos trabajos describen la cinética de la formación de agregados inducida por el campo aplicando técnicas de escalado, y casi todos coinciden en reseñar la dependencia potencial del tamaño promedio de los agregados a tiempos largos de agregación. Sin embargo, es difícil encontrar en ellos un estudio detallado de la cinética del proceso y de la evoluci ¿on temporal de la distribución del tamaño de los agregados. De este modo, el proceso de agregación de partículas magnéticasinducido por un campo externo sigue siendo a d ¿¿a de hoy un tema abierto de discusión. Aún no se ha descrito adecuadamente el papel que puede desempeñar en estos procesos la interacción electrostática entre las partículas, la inducción mútua entre las partículas, la intensidad del campo magnético externo o los procesos de sedimentación. El objetivo principal de esta Tesis ha sido el de profundizar en el estudio de la agregación inducida en estos fluidos por un campo magnético uniaxial constante, y mejorar el marco teórico que describe la cinética y la estabilidad de este tipo de procesos. Un mejor entendimiento de la Física que controla la formación de los agregados lineales podría ayudar a optimizar el funcionamiento de nuevas técnicas basadas en la respuesta de estos fluidos a un campo externo. Durante la tesis se utilizaron principalmente técnicas devideomicroscopía y de dispersión de luz. Estás tácnicas permitieron estudiar durante el proceso de agregación las distribuciones de tamaño de los agregados lineales, su tamaño promedio y su morfología. Los resultados experimentales fueron contrastados por las predicciones teóricas.