Microreología pasiva para procesos fuera de equilibrio termodinámico

Abstract

Una frontera de la física estadística y de la ciencia de los materiales es la comprensión teórica de las propiedades de los materiales amorfos, como los vidrios, los geles, las espumas sólidas, etc. El problema fundamental que presentan estos materiales extremadamente comunes, es que no se encuentran en estados de equilibrio termodinámico. Por lo tanto, a diferencia de los gases, los líquidos, y los sólidos cristalinos, cuya fenomenología es explicada por la termodinámica clásica y estadística que todo físico conoce, la fenomenología experimental de los sólidos amorfos es en esencia puramente experimental y por muchas décadas ha constituido un misterio para la física estadística convencional. Sólo hasta hace una década surgió una teoría mecánico estadística molecular de las propiedades estructurales y dinámicas de estos materiales. Desafortunadamente, las propiedades que describe esta teoría de no-equilibrio no son las más próximas a las mediciones experimentales, mientras que lo que existe en abundancia son datos experimentales registrados con instrumentos y técnicas mucho más comunes. El mejor ejemplo son las abundantes mediciones de propiedades reo- lógicas y viscoelásticas de estos materiales, las cuales permiten registrar sin ambigüedad sus huellas digitales de no-equilibrio, como son los fenómenos de envejecimiento (o “aging”). En este contexto, el presente trabajo de tesis tiene como objetivo general sentar las bases para la construcción de un puente entre dicha teoría fundamental del comportamiento de estos materiales y su fenomenología experimental, representada por las abundantes mediciones de sus propiedades reológicas. Más concretamente, en esta tesis nos proponemos iniciar el estudio reológico de suspensiones coloidales formadoras de vidrios y geles a partir de la teoría de primeros principios referida como Teoría Autoconsistente de la Ecuación Generalizada de Langevin, en su extensión fuera del equilibrio termodinámico. De la misma manera, hace- mos una ampliación a la definición de viscosidad en términos de la correlación del tensor de esfuerzos a una descripción genuinamente fuera de condiciones de equilibrio, creando de esta forma la primera versión del esperado puente entre la teoría NE-SCGLE y la reología experimental. A manera de ejemplo, conectamos la mencionada teoría con la descripción de la respuesta viscosa y elástica de sistemas coloidales formadores de vidrios y geles, logrando una comparación cualitativa satisfactoria entre nuestras predicciones teóricas y los datos experimentales encontrados en la literatura.