Dispersion of gamma-Alumina Nano-Sized Spherical Particles in a Calamitic Liquid Crystal. Study and Optimization of the Confinement Effects

We report an experimental study on confined systems formed by butyloxybenzylidene octylaniline liquid crystal (4O.8) + gamma-alumina nanoparticles. The effects of the confinement in the thermal and dielectric properties of the liquid crystal under different densities of nanoparticles is analyzed by means of high resolution Modulated Differential Scanning Calorimetry (MDSC) and broadband dielectric spectroscopy. First, a drastic depression of the N-I and SmA-N transition temperatures is observed with confinement, the more concentration of nanoparticles the deeper this depression is, driving the nematic range closer to the room temperature. An interesting experimental law is found for both transition temperatures. Second, the change in shape of the heat capacity peaks is quantified by means of the full width half maximum (FWHM). Third, the confinement does not noticeably affect the molecular dynamics. Finally, the combination of nanoparticles and the external applied electric field tends to favor the alignment of the molecules in metallic cells. All these results indicate that the confinement of liquid crystals by means of gamma-alumina nanoparticles could be optimum for liquid crystal-based electrooptic devices.

Energy and momentum transfer in one-dimensional trapped gases by stimulated light scattering

In ultracold atoms settings, inelastic light scattering is a preeminent technique to reveal static and dynamic properties at nonzero momentum. In this work, we investigate an array of one-dimensional trapped Bose gases, by measuring both the energy and the momentum imparted to the system via light scattering experiments. The measurements are performed in the weak perturbation regime, where these two quantities-the energy and momentum transferred-are expected to be related to the dynamic structure factor of the system. We discuss this relation, with special attention to the role of in-trap dynamics on the transferred momentum.

Detection of particles with a cloud chamber

Cloud chambers were essential devices in early nuclear and particle physics research. Superseded by more modern detectors in actual research, they still remain very interesting pedagogical apparatus. This thesis attempts to give a global view on this topic. To do so, a review of the physical foundations of the diffusion cloud chamber, in which an alcohol is supersaturated by cooling it with a thermal reservoir, is carried out. Its main results are then applied to analyse the working conditions inside the chamber. The analysis remarks the importance of using an appropriate alcohol, such as isopropanol, as well as a strong cooling system, which for isopropanol needs to reach −40ºC. That theoretical study is complemented with experimental tests that were performed with what is the usual design of a home-made cloud chamber. An effective setup is established, which highlights details such as a grazing illumination, a direct contact with the cooling reservoir through a wide metal plate, or the importance of avoiding vapour removal. Apart from that, video results of different phenomena that cloud chamber allow to observe are also presented. Overall, it is aimed to present a physical insight that pedagogical papers usually lack.

Obtenção de nanocompósitos a partir da co-coagulação da borracha nitrílica e hidrotalcita

Partículas nanoestruturadas têm sido amplamente utilizadas como carga de reforço em matrizes elastoméricas, sendo substitutos eficazes das cargas convencionais, já consagradas, como o negro de fumo, mica, sílica. Em especial, as argilas têm mostrado grande potencial ao que se refere a melhor dispersão na matriz polimérica, em função de sua elevada razão de aspecto. Dentro do vasto universo de argilominerais, as argilas aniônicas, também conhecidas hidróxido duplo lamelar (HDL), apresentam como vantagem a possibilidade de ser projetada estruturalmente para as mais diversas finalidades, ao se modificar os ânions ou os cátions, ou até mesmo combiná-los na estrutura lamelar. E dentre os métodos existentes para se preparar compósitos a base de elastômero/argila, a co-coagulação do látex, é uma forma bastante eficaz e economicamente viável, uma vez que a borracha obtida após processo de coagulação já contém a carga incorporada. Este trabalho se dedicou a avaliar o processo de co-coagulação do látex de NBR e HDL, visando a obtenção de nanocompósitos. Para tanto HDL de composição Mg/Al-CO3 foi modificado com ânions DS, DBS e ST e foram preparadas suspensões aquosas, utilizando como ferramentas de dispersão ultraturrax e ultrassom de ponteira. As variáveis de processo avaliadas foram tipo e teor de HDL, tempo de mistura látex/suspensão aquosa de HDL, quantidade de coagulante e velocidade de agitação. Por fim, os coágulos obtidos foram formulados para avaliar a influência dos HDL na cinética de vulcanização e também para determinação das propriedades mecânicas convencionais. Os resultados obtidos comprovaram que a metodologia de dispersão de hidrotalcita ao látex nitrílico de modo prévio ao processo de coagulação é uma alternativa viável para a obtenção de nanocompósitos. O uso do ultrassom de ponteira como ferramenta na dispersão aquosa de HDL contribuiu para maior estabilidade da suspensão e o ajuste nos parâmetros do sistema de coagulação, levaram a obtenção de grumos uniformes do ponto de vista macroscópico e microscópico. As micrografias dos coágulos não vulcanizados obtidas por MEV-FEG confirmaram as informações apuradas a partir dos difratogramas de raios-X que apontou a formação de um sistema parcialmente esfoliado, em função da ausência dos picos característicos da hidrotalcita, além de indicarem a coexistência de partículas em dimensões micrométrica a nanométricas em uma mesma estrutura. A composição química do HDL, com a presença de átomos de magnésio e alumínio combinados com grupos hidroxila favoreceu a redução tanto o tempo de indução como de pré-cura. As propriedades mecânicas que se mostraram mais sensíveis ao grau de dispersão da carga foram a dureza, a deformação permanente à compressão (DPC) e o módulo de tração a 300% de deformação (E300), em especial para os compósitos contendo 10% m/m de HDL natural e modificado com estearato. A resistência à chama dos nanocompósitos de NBR-HDL vulcanizados apresentou um ligeiro aumento quando comparados à NBR pura, visto que esta é uma característica própria da hidrotalcita, decorrente da sua composição química