Topologia de redes e propriedades morfológicas para um modelo de crescimento de aerogéis inorgânicos

Abstract

Um modelo estocástico para crescimento de aerogéis inorgânicos é proposto e simulado através de um método de Monte Carlo. Partículas de sol interagem em um espaço discreto tridimensional através de um potencial central de longo alcance. Alguns mecanismos relacionados ao processo de gelificação são considerados (agregação, difusão, dissociação) e regidos através de um algoritmo de Metropolis-Hastings adaptado. A topologia da rede formada é analisada para diferentes condições iniciais de processamento (densidade de partículas de sol, temperatura de equilíbrio e taxa de dissociação no sistema). A simulação do método proposto mostra a existência de uma transição de fase (sol-gel) observada através da divergência de um parâmetro de ordem para uma dada temperatura crítica. São identificadas duas características topológicas das redes em estados onde ocorreu crescimento de gel. As propriedades morfológicas da estrutura porosa, como área superficial, porosidade, distribuição de tamanho de poros, e razão área-volume, apresentam coerência com os resultados obtidos pela análise da complexidade de redes.<br>

Abstract : A stochastic model for the growth of inorganic aerogels is studied using aMonte Carlo simulation technique. Sol particles interact in a three-dimensionallattice via a long-range central potential. The model accounts for some gelationrelated mechanisms (aggregation, diffusion, and dissociation) coupledby an adapted Metropolis-Hastings algorithm. The topology of the obtainedgel networks is analyzed for different initial processing conditions, such asconcentration of sol particles, equilibrium temperature, and system particlesdissociation rate. Simulation results show the existence of a sol-gel transitionshowed by the divergence of an order parameter when the system reachessome critical temperature. We have identified two major networks topologiesfor gel states. Morphological properties of the porous structure (surfacearea, porosity, pore size distribution, and surface area-to-volume ratio) are inagreement with the network complexity analysis.