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Stability and cell distortion of sI clathrate hydrates of methane and carbon dioxide: A 2D lattice-gas model study
Full text linkThermodynamic models of the stability of clathrate hydrates are important for different applications such as the storage, separation and transport of gases. The development of improved models relies on a better understanding of the relationships between the macroscopic stability of clathrate hydrates and their structure. In particular, lattice distortion is an important parameter that is difficult to incorporate in thermodynamic models of clathrate hydrates. In this work, a 2D lattice-gas model has been applied for the first time for the study of the stability and lattice distortion of sI clathrate hydrates of methane and carbon dioxide. Results show a direct relationship between cell distortion and cell occupancy: the minimum distortion is found at cell occupancies near 1. In addition, in the case of carbon dioxide hydrates, a complex behavior is observed due to the partial occupancy of small cavities by guest CO2 molecules. By relating lattice distortion with hydrate stability, phase diagrams can be calculated which are in qualitative agreement with experimental diagrams and with results of more complex simulation methods.Fil: Longone, Pablo Jesus. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico San Luis. Instituto de Física Aplicada; Argentina. Universidad Nacional de San Luis; ArgentinaFil: Martin, A.. Universidad de Valladolid; EspañaFil: Ramirez Pastor, Antonio Jose. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico San Luis. Instituto de Física Aplicada; Argentina. Universidad Nacional de San Luis; Argentin
Lattice-gas Monte Carlo study of sI clathrate hydrates of ethylene: Stability analysis and cell distortion
Full text linkIn this paper, a two-dimensional lattice-gas model is applied to study the stability and lattice distortion of sI clathrate hydrates of ethylene. Two levels of approximation are considered for the lateral interactions between the adsorbed molecules. By using Monte Carlo simulations, adsorption isotherm (coverage of the cavities as a function of the chemical potential), degree of deformation of the sI structure, and free energy of the adsorbed phase are obtained. A direct relationship between cell distortion and cell occupancy is observed. In addition, the minimum distortion coincides with the minimum value of the free energy. Accordingly, the stability phase diagram can be calculated from the values of the chemical potential at the minimum deformation. The obtained results indicate that the most stable condition of the system occurs for values of the cavity density ranging between 0.35 and 0.4. Finally, MC results are compared with data from experiments and more complex simulations.Fil: Longone, Pablo Jesus. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; ArgentinaFil: Martín, Ángel. Universidad de Valladolid; EspañaFil: Ramirez Pastor, Antonio Jose. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; Argentin
Micromagnetic simulation study of a disordered model for one-dimensional granular perovskite manganite oxide nanostructures
Full text linkChemical techniques are an efficient method to synthesize one-dimensional perovskite manganite oxide nanostructures with a granular morphology, that is, formed by arrays of monodomain magnetic nanoparticles. Integrating the stochastic Landau-Lifshitz-Gilbert equation, we simulate the dynamics of a simple disordered model for such materials that only takes into account the morphological characteristics of their nanograins. We show that it is possible to describe reasonably well experimental hysteresis loops reported in the literature for single La0.67Ca0.33MnO3 nanotubes and powders of these nanostructures, simulating small systems consisting of only 100 nanoparticles.Fil: Longone, Pablo Jesus. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; ArgentinaFil: Romá, Federico José. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; Argentin
Isotropic-nematic phase diagram for interacting rigid rods on two-dimensional lattices
Full text linkThe phase behavior of interacting rigid rods of length k (k-mers) on two-dimensional square and triangular lattices has been studied by theoretical calculations in the framework of the lattice-gas model. The process was analyzed by comparing the dependence on coverage of the free energy per site of an isotropic submonolayer of interacting k-mers fiso(θ) with that corresponding to a fully aligned (nematic) system fnem(θ). The existence of an intersection point between the curves fiso(θ) and fnem(θ), which is indicative of the occurrence of an isotropic-nematic phase transition in the adlayer, allowed us to obtain the complete (temperature, coverage, k-mer size) phase diagram of the system.Fil: Longone, Pablo Jesus. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; Argentina. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Davila, Mara Veronica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; Argentina. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; ArgentinaFil: Ramirez Pastor, Antonio Jose. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; Argentina. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; Argentin
Estabilidad y distorsión de los hidratos de clatrato de etileno
No full textEs de interés el desarrollo de modelos termodinámicos para la predicción de estabilidad y la distorsión de la red causada por las especies huésped en clatratos hidratos. Mediante un modelo de gas de red en 2D y simulaciones de Monte Carlo, se introdujo una cantidad llamada grado de deformación para evidenciar el comportamiento de la distorsión de la red en el caso particular de clatratos hidratos de etileno. Los resultados del grado de deformación nos brindan información sobre los diagramas de fase de estabilidad como así también muestran predicciones sobre la ocupación del tipo de cavidad en la que se alojan las especies huésped etileno. La relación entre la distorsión de la red y la estabilidad del hydrato nos permiten calcular diagramas de fase que están en acuerdo cualitativo con resultados experimentales y simulaciones de mayor complejidad.Fil: Longone, Pablo Jesus. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; ArgentinaFil: Centres, Paulo Marcelo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; ArgentinaFil: Ramirez Pastor, Antonio Jose. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; Argentina104a Reunión de la Asociación Física ArgentinaSanta FeArgentinaAsociación Física ArgentinaUniversidad Nacional del LitoralCCT Santa F
Production of silica aerogel microparticles loaded with ammonia borane by batch and semicontinuous supercritical drying techniques
No full textSilica aerogel microparticles were prepared by supercritical drying and used as support for hydrogen-storing ammonia borane (AB). The formation of aerogel microparticles was done using two different processes: batch supercritical fluid extraction and a semicontinuous drying process. Silica aerogel microparticles with a surface area ranging from 400 to 800 m2/g, a volume of pores of 1 cm3/g, and a mean particle diameter ranging from 12 to 27 μm were produced using the two drying techniques. The particle size distribution (PSD) of the microparticles was influenced by shear rate, amount of catalyst, hydrophilic–hydrophobic solvent ratio and hydrophobic surface modification. In particular, irregular aerogel particles were obtained from hydrophilic gels, while regular, spherical particles with smooth surfaces were obtained from hydrophobic gels. AB was loaded into silica aerogel microparticles in concentrations ranging from 1% till 5% wt. Hydrogen release kinetics from the hydride-loaded aerogel was analyzed with a volumetric cell at 80 °C. By stabilization of AB into the silica aerogel microparticles, an improvement of the release rate of hydrogen from AB was observed.Fil: Rueda, Miriam. Universidad de Valladolid; EspañaFil: Sanz Moral, Luis Miguel. Universidad de Valladolid; EspañaFil: Nieto Márquez, Antonio. Universidad Politécnica de Madrid; EspañaFil: Longone, Pablo Jesus. Universidad Nacional de San Luis; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Mattea, Facundo. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Orgánica; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Martín, Ángel. Universidad de Valladolid; Españ
Percolation of aligned rigid rods on two-dimensional square lattices
No full textThe percolation behavior of aligned rigid rods of length k (kmers) on two-dimensional square lattices has been studied by numerical simulations and finite-size scaling analysis. The kmers, containing k identical units (each one occupying a lattice site), were irreversibly deposited along one of the directions of the lattice. The process was monitored by following the probability RL,k(p) that a lattice composed of L×L sites percolates at a concentration p of sites occupied by particles of size k. The results, obtained for k ranging from 1 to 14, show that (i) the percolation threshold exhibits a decreasing function when it is plotted as a function of the kmer size; (ii) for any value of k (k>1), the percolation threshold is higher for aligned rods than for rods isotropically deposited; (iii) the phase transition occurring in the system belongs to the standard random percolation universality class regardless of the value of k considered; and (iv) in the case of aligned kmers, the intersection points of the curves of RL,k(p) for different system sizes exhibit nonuniversal critical behavior, varying continuously with changes in the kmer size. This behavior is completely different to that observed for the isotropic case, where the crossing point of the curves of RL,k(p) do not modify their numerical value as k is increased.Fil: Longone, Pablo Jesus. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; ArgentinaFil: Centres, Paulo Marcelo. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; ArgentinaFil: Ramirez Pastor, Antonio Jose. Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Departamento de Física; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; Argentin
Percolation of aligned rigid rods on two-dimensional triangular lattices
Full text linkThe percolation behavior of aligned rigid rods of length k ( k -mers) on two-dimensional triangular lattices has been studied by numerical simulations and finite-size scaling analysis. The k -mers, containing k identical units (each one occupying a lattice site), were irreversibly deposited along one of the directions of the lattice. The connectivity analysis was carried out by following the probability R L , k ( p ) that a lattice composed of L × L sites percolates at a concentration p of sites occupied by particles of size k . The results, obtained for k ranging from 2 to 80, showed that the percolation threshold p c ( k ) exhibits a increasing function when it is plotted as a function of the k -mer size. The dependence of p c ( k ) was determined, being p c ( k ) = A + B / ( C + √ k ) , where A = p c ( k → ∞ ) = 0.582 ( 9 ) is the value of the percolation threshold by infinitely long k -mers, B = − 0.47 ( 0.21 ) , and C = 5.79 ( 2.18 ) . This behavior is completely different from that observed for square lattices, where the percolation threshold decreases with k . In addition, the effect of the anisotropy on the properties of the percolating phase was investigated. The results revealed that, while for finite systems the anisotropy of the deposited layer favors the percolation along the parallel direction to the alignment axis, in the thermodynamic limit, the value of the percolation threshold is the same in both parallel and transversal directions. Finally, an exhaustive study of critical exponents and universality was carried out, showing that the phase transition occurring in the system belongs to the standard random percolation universality class regardless of the value of k considered.Fil: Longone, Pablo Jesus. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; ArgentinaFil: Centres, Paulo Marcelo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; ArgentinaFil: Ramirez Pastor, Antonio Jose. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; Argentin
Phase behavior of attractive k-mers on two-dimensional lattices: a study from quasi-chemical approximation
Full text linkThe phase behavior of attractive linear rigid k-mers on two-dimensional lattices was studied by theoretical and simulation calculations in the framework of the lattice-gas model. Combining (i) the analytical expression for the partition function of non-interacting k-mers, and (ii) a generalization of the classical quasi-chemical approximation (QCA) in which the adsorbate can occupy more than one adsorption site, the main thermodynamic functions of the system were explicitly obtained. It was found that, for temperatures below a certain condensation temperature, the system undergoes a first-order phase transition which is observed as a clear discontinuity in the adsorption isotherms. The transition was studied in detail by calculating the temperature–density phase diagrams. Comparisons with analytical data from Bragg–Williams approximation and Monte Carlo simulations were performed in order to test the validity of the theoretical model. The results obtained allowed us not only to analyze the effect of introducing the lateral interactions by following the configuration-counting procedure of the QCA, but also to discuss the consequences of choosing the configurational factor associated to adsorption of non-interacting k-mers from different models developed to treat the multisite occupancy adsorption problem.Fil: Longone, Pablo Jesus. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico San Luis. Instituto de Física Aplicada; ArgentinaFil: Davila, Mara Veronica. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico San Luis. Instituto de Física Aplicada; ArgentinaFil: Riccardo, Jose Luis. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico San Luis. Instituto de Física Aplicada; ArgentinaFil: Ramirez Pastor, Antonio Jose. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico San Luis. Instituto de Física Aplicada; Argentin
Estabilidad y distorsión de Clatratos Hidratos de Etileno: Un estudio mediante un modelo de gas de red en 2 Dimensiones
No full textLos hidratos de clatrato son compuestos de inclusión caracterizados por la formación de una red regular que consta de espacios que pueden alojar moléculas de un huésped. En particular, es de interés desarrollar modelos que permitan predecir las condiciones de formación de diversos hidratos y describir sus propiedades. El modelo más utilizado en aplicaciones técnicas es el de van der Waals y Platteeuw (vdW-P). Este modelo es útil para la correlación de datos de formación de hidratos, pero tiene limitaciones en la predicción y el cálculo de variables derivadas, como la capacidad de almacenamiento del hidrato, que son de interés para el desarrollo de nuevas aplicaciones técnicas. Estas limitaciones se deben a suposiciones y simplificaciones introducidas en el modelo, entre las que destaca que se asume que la red de moléculas de agua tiene una geometría fija, mientras que se sabe que las moléculas de huésped distorsionan o deforman la red. Con un modelo de gas de red en 2D, múltiple ocupación de sitios y mediante simulación de Monte Carlo, se desarrolló un estudio del grado de deformación de las cavidades de los hidratos de clatrato de estructura tipo sI en presencia de la especie huésped tal como el Etileno (C2H4). Con este estudio se logró determinar la condición de mayor estabilidad de este hidrato de clatrato. Como resultado se obtuvo un diagrama de fase calculado a partir del mínimo de la energía libre. Ya que el mínimo de la energía libre coincidía con el mínimo de la deformación de la fase de hidratos. La ocupación total de la molécula de etileno corresponde a un 60% de las cavidades. Donde la molécula de etileno tiene preferencia por las cavidades más grandes. Luego se puede calcular el valor de potencial químico donde existe el valor mínimo de energía libre para cualquier temperatura y desarrollar un diagrama de fase cualitativo que tiene muy buena correspondencia con los experimentos y simulaciones en el continuo en 3D.Fil: Longone, Pablo Jesus. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; ArgentinaFil: Centres, Paulo Marcelo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; ArgentinaFil: Ramirez Pastor, Antonio Jose. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - San Luis. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich". Universidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich"; ArgentinaXVII Taller Regional de Física Estadística y Aplicaciones a la Materia CondensadaSan LuisArgentinaUniversidad Nacional de San Luis. Facultad de Ciencias Físico Matemáticas y Naturales. Instituto de Física Aplicada "Dr. Jorge Andrés Zgrablich
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