Dynamics of charged soft-matter : computational simulations of confined electrolytes

• Ano de defesa: 2025
• Autor(a) principal: Telles, Igor Morais
• Orientador(a): Santos, Alexandre Pereira dos
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: eng
• Palavras-chave em Português: Fisica computacional; Física da matéria condensada; Eletrólitos; Somatório de Ewald
• Palavras-chave em Inglês: Computational physics; Condensed matter physics; Soft-matter; Electrolytes; Ewald summation
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/294884

Esta tese apresenta um estudo computacional de fluidos carregados, com foco em fenômenos eletrocinéticos, fluidos iônicos, escovas de polieletrólitos e nanopartículas metálicas sob confinamento. Utilizando simulações por Monte Carlo e Dinâmica Molecular, o trabalho investiga efeitos-chave como o escoamento eletrosmótico, correlações eletrostáticas e polarização decorrente da descontinuidade da constante dielétrica em interfaces. Foi desenvolvida uma adaptação cilíndrica da soma de Ewald para capturar eficientemente interações eletrostáticas de longo alcance em geometrias confinadas. Associada a funções de Green periódicas, essa abordagem permitiu a modelagem dos efeitos de polarização e da estruturação iônica próxima a superfícies carregadas com diferentes propriedades dielétricas. As simulações revelam regimes de reversão do escoamento eletrosmótico sensíveis à valência iônica e à distribuição de cargas superficiais, sendo que os efeitos de polarização intensificam o transporte iônico em nanoporos estreitos. Em escovas de polieletrólitos esféricas, a polarização afeta a expansão das cadeias e a adsorção de contraíons, modulada pela constante dielétrica do núcleo. Investigações adicionais em fluidos iônicos confinados entre eletrodos polarizáveis mostram efeitos significativos da polarização sobre a adsorção iônica, a organização estrutural e o comportamento da capacitância diferencial. Simulações de Monte Carlo e Dinâmica Molecular possibilitaram o estudo das interações eletrostáticas nas interfaces metálicas. Por fim, o estudo de nanopartículas metálicas em eletrólitos multivalentes destaca atrações entre cargas de mesmo sinal induzidas por polarização, analisadas por meio de um método recursivo de cargas-imagem. Esses resultados ressaltam o papel do acoplamento eletrostático e da composição das nanopartículas na estabilidade coloidal. Em conjunto, a tese avança metodologias computacionais e o entendimento teórico da eletrostática em sistemas confinados, com implicações para armazenamento de energia, sensores iônicos e o desenvolvimento de materiais.