MaterialesMateriales blandosblandos

JosJoséé M. M. MMééndezndez A.A.CinvestavCinvestav

IntroducciIntroduccióónn

Los materiales blandos, algunas veces Los materiales blandos, algunas veces conocidos como fluidos complejos, incluyen conocidos como fluidos complejos, incluyen polpolíímeros, meros, coloidescoloides, , surfactantessurfactantes y cristales y cristales llííquidos, entre muchos otros. Estos quidos, entre muchos otros. Estos materiales, aparentemente distintos entre smateriales, aparentemente distintos entre síí, , poseen propiedades estructurales y dinposeen propiedades estructurales y dináámicas micas similares que se localizan entre las de un similares que se localizan entre las de un ssóólido cristalino y las de los llido cristalino y las de los lííquidos y gases quidos y gases moleculares simples. moleculares simples.

IntroducciIntroduccióónn

Los materiales blandos surgen de la Los materiales blandos surgen de la complejidad y sofisticacicomplejidad y sofisticacióón del n del autoensambladoautoensamblado molecular. La versatilidad de molecular. La versatilidad de este tipo de orden ha sido explotada por la este tipo de orden ha sido explotada por la industria manufacturera en la producciindustria manufacturera en la produccióón de n de pinturas, plpinturas, pláásticos, detergentes y muchos sticos, detergentes y muchos otros productos de uso diario. En la otros productos de uso diario. En la naturaleza, el naturaleza, el autoensambladoautoensamblado controla la controla la estructura de las proteestructura de las proteíínas y de los nas y de los áácidos cidos nucleicos.nucleicos.

IntroducciIntroduccióónn

Esta conferencia pretende dar una idea general Esta conferencia pretende dar una idea general de algunos de los principios fde algunos de los principios fíísicos que hacen sicos que hacen posible que el gposible que el géénero humano y la naturaleza nero humano y la naturaleza aprovechen el orden aprovechen el orden supramolecularsupramolecular de la de la materia condensada blanda, asmateria condensada blanda, asíí como hacer como hacer un repaso somero de algunos temas de un repaso somero de algunos temas de investigaciinvestigacióón actuales.n actuales.

¿¿QuQuéé eses blandoblando??

eV401

≈≈∆ TkW B

MaterialesMateriales blandosblandos::ProteProteíínasnas cristalizadascristalizadas

MaterialesMateriales blandosblandos::ADN ADN empaquetadoempaquetado

MaterialesMateriales blandosblandos::CristalesCristales fotfotóónicosnicos

MaterialesMateriales blandosblandos::CircuitosCircuitos mixtosmixtos

AutoensambladoAutoensamblado

AutoensambladoAutoensamblado

NaturalezaNaturaleza estadestadíísticastica del del autoensambladoautoensamblado

Un Un sistemasistema aisladoaislado, en , en equilibrioequilibriotermodintermodináámicomico, , puedepuede ocuparocupar, con la , con la mismamisma probabilidadprobabilidad, , cualquieracualquiera de de sussusestadosestados microscmicroscóópicospicos..

n

n

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Cuantificando la ignorancia

CCáálculolculo de la de la configuraciconfiguracióónnmmááss probableprobable

El El ccáálculolculo de de paisajespaisajes energenergééticosticos permitepermite estudiarestudiarsistemassistemas durosduros, , comocomo loslos semiconductoressemiconductores, o , o fenfenóómenosmenos comocomo la la transicitransicióónn gasgas--llííquidoquido..CuandoCuando el el paisajepaisaje energenergééticotico eses muymuy planoplano, se , se requiererequiere el el ccáálculolculo de de paisajespaisajes entrentróópicospicos, , loslos quequepermitenpermiten estudiarestudiar sistemassistemas blandosblandos, , comocomosuspensionessuspensiones coloidalescoloidales de de partpartíículasculas durasduras, o , o fenfenóómenosmenos comocomo la la cristalizacicristalizacióónn de de proteproteíínasnas..Con Con frecuenciafrecuencia eses necesarionecesario calcularcalcular ambos ambos paisajespaisajes, , comocomo en el en el casocaso del del complejocomplejo liposomaliposoma--ADN.ADN.

CovarianciaCovariancia de de laslas leyesleyes de la de la ffíísicasica y y potencialespotenciales efectivosefectivos

CovarianciaCovariancia ante ante contraccionescontracciones de la de la descripcidescripcióónn

CovarianciaCovariancia de de laslas leyesleyes de la de la ffíísicasica y y potencialespotenciales efectivosefectivos

EcuaciEcuacióónn de Ornsteinde Ornstein--ZernikeZernike

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CovarianciaCovariancia de de laslas leyesleyes de la de la ffíísicasica y y potencialespotenciales efectivosefectivos

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)()( efef rcru ααααβ −≈Las fuerzas del mundo intermedio

PotencialesPotenciales entrentróópicospicos

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Fuerzas entrópicas en sistemas coloidales

PotencialesPotenciales de de vaciamientovaciamientoentrentróópicopico

IngenierIngenierííaa entrentróópicapica

SiempreSiempre queque se genera se genera entropentropííaa hay dos hay dos efectosefectos encontradosencontrados; ; porpor un un ladolado se produce se produce ordenorden y y porpor el el otrootro desordendesorden..

La La ingenieringenierííaa entrentróópicapica se se basabasa en en unaunametodologmetodologííaa cientcientííficafica y y tecnoltecnolóógicagica quequepermitepermite manipularmanipular la la entropentropííaa de de taltal forma forma queque el el ordenorden se se generegenere de forma de forma úútiltil, , indiferenteindiferente al al desordendesorden. . EstoEsto permitepermite el el disediseññoo y y ssííntesisntesis de de materialesmateriales con con propiedadespropiedades deseablesdeseables..

Sintiendo la entropía

CovarianciaCovariancia de de laslas leyesleyes de la de la ffíísicasica y y fenfenóómenosmenos dindináámicosmicos

EfectosEfectos de de memoriamemoria ((granulacigranulacióónn del del tiempotiempo))

¿¿GeneralizaciGeneralizacióónn del vector de del vector de PoyntingPoynting((electrodinelectrodináámicamica estocestocáásticastica covariantecovariante)?)?

τ