Estructura molecular y hábitos cristalinos en interfases sólidas complejasun estudio por simulación molecular

Resumen

En esta Tesis Doctoral se ha estudiado mediante simulación molecular los cambios estructurales producidos en interfases sólidas complejas. En concreto, seleccionamos la interfase formada por el hielo y el vapor debido a la necesidad de conocer las propiedades en la capa liquida prefundida sobre el hielo para comprender los procesos de formación de los copos de nieve, entre otros. Por otra parte, seleccionamos también el sistema Oro y CTAB ampliamente conocido y empleado por la comunidad en los métodos de síntesis de nanopartículas de oro. El objetivo principal de esta tesis consiste en la relación de los hábitos de crecimiento cristalino con los cambios producidos a nivel estructural en las superficies sólidas y sus proximidades. Para ello se empleó la simulación molecular y la mecánica estadística como herramientas principales para abordar los diferentes sistemas del estudio. En la interfase que forman el hielo y el vapor debatimos el papel controvertido del nitrógeno durante la formación del hielo, además conseguimos relacionar la presencia de transiciones de fase superficiales con los cambios morfológicos de los copos de nieve, tal y como Nakaya proyectó en su diagrama. Otro gran hito de esta tesis es la obtención del potencial interfacial para el modelo de agua TIP4PIce que muestra reminiscencias de comportamiento oscilatorio con el aumento del espesor de la película líquida y compatible con las observaciones experimentales. En relación a la interfase de Oro y CTAB, se emplearon las simulaciones moleculares para comprender y optimizar dos métodos de síntesis de nanovarillas de oro. Conseguimos determinar, en función de la concentración y la presencia de aditivos como NaBr y decanol, la morfología de los agregados coloidales en disolución y adsorbidos sobre la superficie del oro para relacionar la disponibilidad de los iones oro durante el crecimiento del cristal. Proponemos un mecanismo para la difusión selectiva de iones sobre las distintas caras de la nanopartícula. Este mecanismo es apoyado por la presencia de varias transiciones de fase estructurales de los agregados desde micelas a cilindros, de cilindros a bicapas y de bicapas nuevamente a cilindros, dependiendo de la composición de decanol. En resumen, esta tesis doctoral propone un novedoso enfoque acerca de cómo abordar el estudio del crecimiento cristalino en interfases solidas complejas