Difusão e adsorção-dessorção em sistemas confinados com meio modulado

Abstract

Resumo: Embora existam estudos sobre sistemas envolvendo o fenômeno da difusão que ocorre em meios lamelares ou modulados, o estudo destes sistemas, quando também os consideramos confinados e com a coexistência do fenômeno da adsorção nestas superfícies limitantes, ainda não fora amplamente investigados. Esse caso é aplicável experimentalmente de diversas maneiras, como é o caso da difusão de partículas que ocorre em displays. Quando levamos em conta que o material em que estas partículas estão se difundindo é um cristal líquido esmético ou nemático quiral, então temos um meio que possui um tipo de modulação que pode influenciar o processo difusivo. Por estes sistemas serem frequentemente estudados na interface cristal líquido-sólido, a presença do fenômeno da adsorção também deve ser levada em conta. Impurezas iônicas ou partículas neutras podem se difundir e estarem sujeitas à adsorção-dessorção, gerando alguns efeitos de superfície, como a alteração da energia de ancoramento e da direção do eixo-fácil das moléculas de cristal líquido nas superfícies; daí a importância de se estudar a difusão em conjunto com adsorção-dessorção. Nesse contexto, estudamos o fenômeno da difusão de partículas neutras através de um meio contendo um líquido isotrópico e modulado espacialmente. Simultaneamente, o líquido é confinado e limitado por duas superfícies, nas quais o processo de adsorção-dessorção pode ocorrer e, além disso, um efeito memória, associado a este processo, também foi considerado. Então, o coeficiente de difusão varia periodicamente no espaço, sendo possível mostrar como este meio modulado afeta as distribuições para as densidades volumétrica e superficial de partículas ao modificarmos os parâmetros que controlam a modulação. Os regimes difusivos também foram estudados, a fim de investigar como a variação da modulação, neste sistema confinado, afeta o desvio quadrático médio em função do tempo, tornando o regime superdifusivo, normal ou subdifusivo.

Abstract: Although there are studies on systems involving the phenomenon of diffusion that occurs in lamellar or modulated media, the study of these systems, when we also consi der them confined and with the coexistence the adsorption phenomenon on these limiting substrates, has not yet been widely investigated. This case is applicable experimentally in several ways, such as the diffusion of particles that occurs in displays. When we take into account that the material in which these particles are diffusing is an smectic or cholesteric liquid crystal, then we have a medium that has a type of modulation that can influence the diffusive process. Because these systems are frequently studied at the liquid crystal-solid interface, the presence of the adsorption phenomenon must also be taken into account. Ionic impurities or neutral particles can diffuse and be subject to adsorption-desorption, generating some surface effects such as the alteration of the anchoring energy and easy axis direction of the liquid crystal molecules on the substrates; hence the importance of studying the diffusion in conjunction with adsorption-desorption. In this context, we study diffusing neutral particles in a confined isotropic liquid whose diffusion coefficient periodically varies across the sample. Simultaneously, the liquid is confined and limited by two surfaces, on which the adsorption-desorption process can occur and, moreover, a memory effect, associated with this process, was also considered. Then, it was pos-sible to show how this modulation affects bulk and surface distributions by modifying the parameters that control the modulation. The diffusing regimes were also studied in order to investigate how the modulation, in this confined system, affects the mean square displacement over time, making the regime superdiffusive, normal or subdifusive.