Modelado y simulación de la formación de patrones de precipitación auto-organizados en microsistemas porosos

KLER, PABLO A.; BERLI, CLAUDIO L. A.

Congreso; IV Congreso de Microfluídica Argentina; 2017

Resumen: La generación de nuevos materiales funcionales diseñados desde la nano y microescala es un área de intensa actividad actual. En este marco, son de especial interés los sistemasreactivos que producen precipitaciones complejas con patrones auto-organizados *1+. Si bien sehan realizado grandes progresos en los últimos años, la dinámica de los procesos no ha sido biendescrita aún. Para ello es necesario comprender cómo los fenómenos de transporte afectan lasíntesis en microsistemas *1+. Este conocimiento es crucial para realizar un diseño racional de lasestructuras y regular los parámetros de operación durante la síntesis. La simulacióncomputacional, aún con modelos mecanísticos, es una herramienta muy útil para acelerar elestudio y la predicción de los procesos. No obstante, la implementación numérica de estosproblemas es muy desafiante, dado que en general se trata de sistemas de ecuaciones no-lineales acopladas, con soluciones espacio-temporales. En particular, aquí consideramos uno delos sistemas más simples: los patrones de Liesegang *2+, los cuales se forman por la contra-difusión de dos electrolitos complementarios (A y B) en un medio estanco como geles con porosnanométricos. Cuando los compuestos A y B reaccionan, el producto AB precipita en regionesdefinidas del espacio, formando bandas periódicas. Al presente existen modelos que describeneste proceso mediante el acople de las ecuaciones de reacción-difusión de cada compuesto,donde es critica la presencia de un término autocatalitico en alguna etapa de la reacción. En estetrabajo agregamos el transporte advectivo de los electrolitos, con el fin de predecir la formaciónde patrones mediante el encuentro de dos frentes de infiltración en un sustrato poroso, el cual esrepresentado como un medio continuo de parámetros promediados. Asimismo, el cálculo derealiza en un dominio 2D, lo cual expande enormemente las capacidades de análisis y diseño delmodelo. Se resolvieron ejemplos con datos de sistemas reales tomados de la literatura (por ej.*2+) y los resultados preliminares son muy satisfactorios.