Modeling simple and complex fluids under confinement

El objetivo general de esta tesis es mejorar el conocimiento del comportamiento de fluidos simples y con propiedades auto-ensamblantes bajo condiciones de con finamiento en medios porosos con diversas topologias. La adsorcion y el con finamiento de fluidos, particularmente en escala nanometrica, han sido de gran interes durante la ultima decada porque las propiedades de los fluidos en condiciones de confi namiento pueden ser modi ficadas con un alto grado de control simplemente eligiendo el adsorbente adecuado. La importancia y las consecuencias del con finamiento son enormes y de ellas se derivan un gran numero de aplicaciones: almacenamiento energetico, catalisis, dispositivos electronicos,. Por esta razon, la sintesis, el diseno y la caracterizacion de materiales porosos ha experimentado un enorme progreso recientemente; sin embargo, aun queda mucho para que la comprension de los mecanismos quimicos y fisicos que permiten que tengan lugar los procesos de adsorcion y de la interaccion entre el adsorbente y el adsorbato sea total. En esta tesis se han considerado dos tipos de medios porosos: regulares, como confi namiento entre dos paredes paralelas (slit-pore) o materiales cristalinos nanoestructurados (zeolitas, carbonos nano-estructurados,.); y desordenados, en los que el desorden topologico se suma a la restriccion del espacio debida al confi namiento a la hora de condicionar las propiedades del fluido. A lo largo de este trabajo se han utilizado fluidos simples como referencia para desarrollar nuevas aproximaciones teoricas, y tambien en el contexto de nuevos materiales porosos con aplicaciones tecnologicas. Ademas, se ha prestado un interes especial a los fluidos complejos con propiedades asociativas en los que se observa la emergencia de fases ordenadas en determinadas condiciones termodinamicas. A lo largo de esta tesis se ha explorado el origen de este comportamiento tan peculiar y se demuestra la relevancia de estos sistemas en procesos biologicos e industriales. Por nombrar algunos ejemplos, la comprension de los mecanismos de auto ensamblaje es decisiva para describir disoluciones de coloides y proteinas que aparecen en productos alimenticios y tambien para aplicaciones tecnologicas como la nano-litografia. Con respecto a la metodologia, se han llevado a cabo simulaciones moleculares basadas en metodos Monte Carlo y de Dinamica molecular; ademas, se han aplicado teorias de ecuaciones integrales derivadas de la relacion de Ornstein-Zernike al problema del confi namiento. Uno de los objetivos perseguidos consiste en obtener informacion detallada y explicita a cerca de la distribucion espacial del fluido en el interior del medio poroso. Esta idea es un elemento clave para el entendimiento de los procesos de adsorcion, y juega un papel esencial particularmente a la hora de disenar nuevos materiales funcionalizados. Demostraremos como nuevas aproximaciones teoricas complementan y extienden las capacidades de las tecnicas de simulacion en este contexto, introduciendo una reduccion del coste computacional. Esta tesis persigue, en resumen, tres objetivos fundamentales: entender el efecto del confi namiento (tanto en medios porosos regulares como desordenados) sobre el comportamiento de los fluidos con propiedades nano-ensamblantes; analizar nuevos materiales nano-estructurados para aplicaciones de adsorcion; y construir una aproximacion teorica, en el marco de la teoria de las ecuaciones integrales, re ciente y apropiada para el estudio de procesos de adsorcion y con finamiento.