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@ Claudio Pastorino
2024-11-14 03:02:58
# Contexto
En el **Grupo de Teoría y Simulación en Materia Blanda** estudiamos sistemas poliméricos, interfaces y sistemas coloidales a escala nanoscópica. Estos pueden estar en equilibrio o presentar flujo de partículas o calor y son de interés en ciencia básica y aplicada en campos como micro y nano-fluídica, aplicaciones a transferencia de calor y máquinas moleculares. Una característica central es que la temperatura juega un rol importante y existe una competencia entre entropía y energía. Esto suele dar lugar a transiciones de fases u otros cambios cualitativos del comportamiento del sistema.
# Herramientas
Usamos simulación computacional y herramientas teóricas, con énfasis en conceptos de mecánica estadística, que permiten estudiar variados sistemas en diferentes situaciones físicas. Estudiamos a estos sistemas en condiciones de equilibrio termodinámico o también cómo es su comportamiento cuando se inducen flujos o se los somete a campos externos. (fuera de equilibrio)
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# Temas propuestos para Tesis de Licenciatura en Física
## Simulación de transferencia de calor en nanocanales con paredes modificadas por polímeros
Los fenómenos de transferencia de calor tienen una gran importancia en un amplísimo rango de aplicaciones como por ejemplo, los procesos de generación y conversión de energía. Además, son cruciales para el enfriamiento de motores y dispositivos electrónicos. Estas aplicaciones requerirán en el futuro un funcionamiento a mayor densidad de energía, y por lo tanto, mayor generación de calor, que deberá ser removido más eficientemente. En particular, los fenómenos de cambio de fases, como la ebullición nucleada, tienen aplicaciones en plantas de potencia eléctrica, desalinización térmica,
enfriamiento de chips electrónicos y recuperación de calor desechado, entre muchas otras.
Uno de los desafíos más importantes para continuar la reducción de tamaño de los dispositivos electrónicos es umentar su densidad de potencia de operación es lograr una extracción eficiente del calor generado. La transferencia de cals relevante también en aplicaciones aescalasespaciales mayores, como en la generación de energía eléctrica en centrales térmicas y nucleares. En las centrales nucleares de generación IV es necesario aumentar el calor transportado por unidad de tiempo y mejorar la eficiencia de los intercambiadores de calor.
Se propone estudiar la transferencia de calor en un nanocanal que presenta una interfaz líquido vapor. Queremos
entender los detalles de cómo cambian con el tiempo las características de la evaporación de una interfaz y las condicions cuando se modifica la pared con polímeros u otras moléculas en el seno del líquido.
Realizaremos simulaciones de dinámica molecular en clusters de supercómputo para estudiar estos sistemas en distintas condiciones físicas.
**Contacto:** Claudio Pastorino (claudiopastorino .... cnea.gob.ar ; IG, X: @clopasto; Nostr: @clopasto
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## Dinámica de moléculas anulares en polirotaxanos, inducida por gradientes térmicos
Los polirotaxanos, son agregados macromoleculares compuestos por múltiples moléculas cíclicas enhebradas en una cadena polimérica con grandes grupos terminales en sus extremos, que impiden la salida de los anillos. Junto con otras MIMs (*Mechanically Interlocked Molecules*/) son los elementos constitutivos importantes de las denominadas máquinas moleculares. Estos mecanismos moleculares pueden tomar energía del ambiente para generar movimientos dirigidos y disipación de calor. Es decir, funcionar como motores y bombas nanoscópicas., eque transforman una entrega de energía entrabajo mecánico (y, por supuesto, calor). Estás notables propiedades mecánicas hacen que los polirotaxanos sean muy promisorios industrial y tecnológicamente y sistemas fascinantes para estudiar por simulación computacional en el contexto de máquinas moleculares.
Se propone estudiar la dinámica y agregación de dos o mas anillos moleculares cuando se induce en el polímero un flujo de calor que da lugar a un gradiente térmico. Se utilizarán simulaciones dee dinámica moelecular fuera de equilibrio para estudiar este sistema. Se espera explorar en gran detalles espacial cómo se comportan los anillos en función del gradiente térmico. , analizando tantos estados estacionarios como dependendientes del tiempo. En su versión más simple, por ejemplo , se puede poner los extremos del polímero a dos temperaturas para inducir un a zona "fría " del polímero y una más caliente. Los anillos tenderán a desplazarse a la zona fría , reduciendo la energía cinética total del sistema. Pensando en diseños experimentales esto podría realizarse con lasers que inyecten energía en los extremos del polirotaxano y que esto permite mover y posicionar los anillos a escala nanoscópica.
**Contacto:** Claudio Pastorino (claudiopastorino .... cnea.gob.ar). IG, X, Nostr: @clopasto
# ¿Qué se aprenderá en la Tesis?
Estas línea de trabajo es teórico-numérica , con una parte importante de simulación computacional. Involucra principalmente conceptos de:
* Mecánica estadística (Física Teórica 3 en DF-UBA),
* Materia condensada en general y materia blanda.
* Fundamentos y uso de simulación computacional: Dinámica Molecular, y /o Monte Carlo,
* Se estudia a los sistemas en escalas espaciales y temporales relativamente grandes (mesoscópicas),
* No se requieren conocimientos previos de computación, pero sí interés en el uso y creación de programas, para obtener propiedades de los sistemas físicos.
* Se trabajará con :
* Linux, Python, Bash, Awk.
* Programas corriendo en *clusters* de super-cómputo. High Performance Computing (HPC)
* Herramientas de posprocesamiento.