[Depfis] Nueva materia de doctorado

[Secretaria Academica - Departamento de Fisica]

A quienes pueda interesarle (o a quienes sepan de alguien que pueda
interesarle)

     Durante el segundo cuatrimestre de 2005 (Octubre o Noviembre)
dictaré una materia de doctorado (Transición vítrea y procesos de
relajación en materiales complejos) en el Depto. de Física de la FCEN.
El curso tendrá caracter intensivo y se dictará en un mes con una carga
horaria equivalente a un cuatrimestre (aprox. cuatro horas por día). La
materia está destinada a doctorandos o estudiantes avanzados de las
carreras de física, química o ingeniería (o ciencias) de los materiales.
Más abajo (en este e-mail) encontrarán las motivaciones y los objetivos
del curso y un programa del mismo. Los interesados pueden contactarse
conmigo vía e-mail a schwartz en sw.ehu.es

     Agradeceré que le den la máxima difusión a este mensaje.

Motivaciones del curso

              Se sabe actualmente que la mayoría de los líquidos pueden
ser enfriados por debajo de su temperatura de fusión, evitando la
cristalización si la velocidad de enfriamiento es mayor que la de
nucleación. Estos líquidos súper-enfriados forman a bajas temperaturas
un sólido no cristalino (amorfo) denominado vidrio. Los vidrios
tradicionales (los de puertas o ventanas) se forman con mucha facilidad,
aun enfriando muy lentamente, mientras que otros vidrios, como los
vidrios metálicos, pueden necesitar velocidades de enfriamiento
extremadamente altas (hasta 107 K/s). En este curso analizaremos desde
sistemas poliméricos (que forman vidrio muy fácilmente) hasta agua (cuya
cristalización a -40C es, en principio, inevitable). Si bien los vidrios
tradicionales se han estado fabricando y utilizando durante milenios, la
física que gobierna la transición vítrea está aun lejos de ser
comprendida completamente. Se sabe que aunque los distintos sistemas
formadores de vidrio (SFV) son diferentes a nivel molecular, todos
exhiben características fenomenológicas muy similares tales como una
dependencia no exponencial de los tiempos de relajación de sus procesos
estructurales y una dependencia no Arrhenius con la temperatura de la
viscosidad. No hay hasta hoy una teoría cerrada que pueda dar cuenta de
todas las características de la transición vítrea; pero hay sin embargo
varias teorías que permiten explicar diferentes aspectos de este
fenómeno. Analizaremos en este curso algunas de estas teorías, sus
posibilidades y sus puntos débiles. Algunas de estas teorías proponen la
existencia de regiones de re-arreglo cooperativo (CRR) que explicarían
los procesos de relajación asociados con la transición vítrea. La
existencia de estas CRR, y la longitud de correlación asociada a éstas,
puede deducirse a partir del estudio de la dinámica de SFV en
confinamientos geométricos. Este tema ha despertado un gran interés
durante la última década y lo analizaremos también en el curso.

  Objetivos del curso

              El objetivo principal del curso es que los alumnos se
familiaricen con uno de los problemas más importantes de la materia
condensada blanda como son la transición vítrea y las relajaciones
asociadas a ésta. Se estudiarán los procesos de relajación en sistemas
formadores de vidrio (SFV) a distintas escalas espaciales: relajaciones
locales, segmentales y globales, y se analizará la dependencia de los
tiempos de relajación con la presión, la temperatura y la composición
(en el caso de mezclas binarias). Los alumnos tendrán la oportunidad de
estudiar tanto la fenomenología asociada con la transición vítrea, como
las diferentes teorías utilizadas para explicar algunos de los aspectos
asociados con ésta. El curso incluye también una introducción a la
estructura y la dinámica de los polímeros que permitirá comprender los
principios físicos que determinan la transición vítrea y los procesos de
relajación en estos materiales.

             Adicionalmente, el curso tiene como objetivo que los alumnos
conozcan las diversas técnicas experimentales que permiten caracterizar
la transición vítrea y analizar los diferentes procesos de relajación
que tienen lugar en los SFV. En este sentido el análisis de los datos es
otro objetivo importante del curso ya que no sólo no es trivial sino que
en algunos casos es causa de intensos debates y origen de
interpretaciones contradictorias.

Programa del Curso

  1)      Polímeros. Definición y características. Configuraciones y
conformaciones. Arquitectura polimérica. Peso molecular y distribución
de pesos moleculares.

  2)      Transiciones de primer y segundo orden. Transición vítrea:
características y fenomenología. Factores que afectan la temperatura de
transición vítrea (Tg). Sistemas formadores de vidrio.

  3)      Teorías de la transición vítrea. Teoría del volumen libre,
teoría de Adam-Gibbs, teoría de modos acoplados.

  4)      Movilidad molecular. Escalas temporales y espaciales de los
movimientos moleculares. Relajaciones segmentales. Movimientos
cooperativos. Longitud de correlación. Regiones cooperativas (CRR)

  5)      Procesos Debye. Dependencia no exponencial de los tiempos de
relajación. Función de Kohlrausch-Williams-Watts (KWW). Funciones
empíricas (Havriliak-Negami, Cole-Cole, Cole-Davidson y otras).

  6)      Dependencia con la temperatura de los tiempos de relajación.
Ecuación de  Arrhenius. Ecuación de Vogel-Fulcher-Tammann (VFT).
Fragilidad. Gráfico de Angell.

  7)      Relajaciones locales. Movimientos de grupos laterales.
Relajación de Johari-Goldstein. Transición vítrea en sistemas de bajo
peso molecular.

  8)      Relajaciones globales de las cadenas poliméricas. Modo normal.
Distancia entre extremos de la cadena. Dependencia del modo normal con
el peso molecular.

  9)      Técnicas de espectroscopia mecánica y dieléctrica. Espectros y
funciones de relajación. Análisis termodinámico. Calorimetría
diferencial de barrido. Modulación de la temperatura para la
determinación cuasi-estática del calor específico. Espectroscopia
calorimétrica (Donth).

  10)  Dinámica molecular en sistemas confinados. Poros y confinamientos
bidimensionales. Interacción con las superficies y longitud de correlación.

  11)  Presión hidrostática como variable de control. Variación de la Tg
con la presión hidrostática. Separación de efectos térmicos y
volumétricos. Extensión de la teoría de AG.

  12)  Agua. Cristalización y agua súper-enfriada. Soluciones acuosas.
Agua confinada. Agua en sistemas biológicos. ¿Cuál es la Tg del agua?

  13)  Dinámica de mezclas de polímeros y otros sistemas binarios. Leyes
de mezcla. Ley de Fox. Extensión de la teoría de AG para mezclas de
polímeros. Efectos de conectividad y no-equilibrio.


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Gustavo Schwartz
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