Structure and dynamics of charged colloid-polymer mixtures

Resumen

En esta tesis, por sistema coloidal entendemos la suspensión de partículas sólidas de tamaño microscopico en un medio acuoso. Los sistemas coloidales se encuentran presentes en la mayoría de materiales que utilizamos en nuestra vida como por ejemplo leche, aceite, champus, sangre, ... Por lo general, estos materiales están constituidos microscopicamente por varios componentes atendiendo a la geometría de las partículas, su carga superficial, su caracter magnético, sus propiedades ópticas. Por tanto, con objeto de conocer mejor tales materiales, y poder usarlas en aplicaciones de una manera más eficiente, es preciso poder describir desde un punto de vista físico las propiedades de tales sistemas. En este sentido, las mezclas coloide-polímero han sido ampliamente estudiadas desde hace más de 50 años centrandose en su diagrama de fases, bastante más rico que el de un sistema monocomponente. Para ello, el potencial efectivo que el polímero induce sobre las partículas coloidales se ha tratado de modelar con la mayor precision posible. Cuando estas mezclas son neutra, se ha encontrado que dicho potencial efectivo depende del radio de giro del polímero y de su concentración siendo su origen meramente entrópico. En cambio, cuando ambos, coloide y polímero interaccionan a través de su carga superficial, el potencial inducido por la presencia del polímero cambia drasticamente. De hecho, el potencial inducido pasa de ser de origen entrópico a estar controlado principalmente por la interacción electrostática. En consecuencia, el diagrama de fase sufrirá grandes cambios respecto al caso neutro y estos cambios repercutirán tanto en las propiedades de dichos sistemas como en sus posibles aplicaciones. Con este trabajo de investigación, tratamos de profundizar en los aspectos más fundamentales desde el punto de vista físico de mezclas binarias cargadas, en particular de las mezclas coloide-polímero. Para ello utilizamos y correlacionamos las siguientes herramientas: experimentos (dispersión de luz), teoría (teoría de líquidos, PRISM) y simulación (Monte-Carlo). Globalmente, el resultado de nuestra investigación pone de manifiesto que la repulsión electrostática gobierna principalmente el equilibrio de las mezclas binarias aunque efectos entrópicos pueden llegar a ser importantes en determinadas ocasiones. Fenómenos como el acoplamiento entre el radio de giro del polímero y el alcance de la repulsión electrostática a la hora de controlar el rango de alcance del potencial efectivo inducido, así como, la generación de inestabilidad en un sistema binario cargado al incrementar la carga de una de las partículas son encontrados.