Artigo publicado no Journal of Chemical Physics sobre efeitos simultâneos de nanoconfinamento e cisalhamento sob líquidos iônicos

O artigo “Confined ionic liquids films under shear: The importance of the chemical nature of the solid surface” sob autoria minha e do Prof. Dr. Mauro C. C. Ribeiro foi publicado no Journal of Chemical Physics e pode ser acessado pelo endereço https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0141388 .

Nesse trabalho usamos o campo de força coarse grained Martini 3.0 para simular o líquido iônico tetrafluoroborato de 3-metil-1-etil-imidazólio confinado entre duas superfícies sólidas e induzimos o cisalhamento fazendo essas superfícies se moverem em direções opostas. Propusemos nesse trabalho duas definições distintas para a viscosidade, a taxa de cisalhamento e a tensão de cisalhamento do líquido confinado: Uma definição local, baseada em propriedades do próprio líquido, e uma de engenharia, baseada em grandezas medidas nas próprias superfícies. Variamos a natureza da superfície sólida por meio dos parâmetros de interação com o líquido e demonstramos que interações fortes seja com o cátion ou com o ânion induzem cristalização na camada de líquido em contato com a superfície o que afeta o comportamento reológico do líquido.

A versão de autor do artigo pode ser baixada diretamente aqui.

Artigo sobre efeitos de pressão e cisalhamento sobre a viscosidade e estrutura de líquidos iônicos

(English below) A versão final do meu artigo sobre efeitos de pressão e cisalhamento na viscosidade e estrutura de líquidos iônicos estudados por simulação de dinâmica molecular de não equilíbrio está disponível!
Em aplicações como lubrificantes, um filme líquido pode estar sujeito simultaneamente à altas pressões e taxas de cisalhamento. Nesse trabalho, 2 líquidos iônicos que diferem no tamanho do grupo alquil do cátion foram estudados utilizando modelos polarizáveis em diferentes condições de pressão e cisalhamento. Observou-se que pressões elevadas não apenas aumentam a viscosidade como fazem o comportamento não-newtoniano começar em taxas de cisalhamento mais baixas. Enquanto a pressão torna as camadas de coordenação mais bem definidas, o cisalhamento as torna mais difusas. Para efeitos de comparação, o mesmo estudo foi também conduzido para o benzeno.
O link abaixo permite acesso gratuito ao mesmo até 22 de janeiro!
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The final version of my manuscript regarding the pressure and shear rate effects over the viscosity and structures of ionic liquids studied by means of non-equilibrium molecular dynamics simulations is available now!
In applications as lubricants, a liquid film may be subject simultaneously to high pressures and high shear rates. In this work, two ionic liquids with different alkyl groups bonded to the cation were studied using polarizable models in different conditions of pressure and shear. High pressures not only increase the zero shear viscosity but also makes the non-newtonian behavior starts at smaller shear rates. While the pressure renders the coordination shells more defined, the shear rate makes them more diffuse. For comparison purposes, the same study was also performed for benzene.
The link below gives free access to the paper until January 22!

Bernardino, K., Ribeiro, M. C. C. “Pressure and shear rate effects on viscosity and structure of imidazolium-based ionic liquids” Fluid Phase Equilibria 554 (2022) 113345.

https://authors.elsevier.com/a/1eBGV1M2A%7EH8Ci

Artigo sobre dinâmica de não-equilíbrio de líquidos iônicos publicado no PCCP

O artigo “Relating the structure and dynamics of ionic liquids under shear by means of reverse non-equilibrium molecular dynamics simulations“, de autoria de Kalil Bernardino e Mauro C. C. Ribeiro foi publicado no Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) e pode ser acessado pelo endereço https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/cp/d1cp01205c#!divAbstract

Nesse trabalho foram realizadas simulações de 3 líquidos iônicos em diferentes taxas de cisalhamento empregando o método RNEMD (Reverse non-equilibrium molecular dynamics) com o software LAMMPS e o campo de força polarizável CL&Pol.

Quando submetidos a taxas da ordem de GHz, os líquidos apresentam comportamento pseudoplástico ou “shear thinning”, isso é, redução da viscosidade com aumento da taxa de cisalhamento. Ao mesmo tempo que a viscosidade é reduzida, observamos alterações sistemáticas na estrutura dos líquidos, em especial, redução da diferença entre máximos e mínimos nas análises de distribuição radial de pares, indicando que as camadas de coordenação se tornam mais difusas com o aumento da taxa de cisalhamento. Esse efeito mostrou-se mais pronunciável para a estrutura de longo alcance do que para a estrutura de curto alcance em todos os líquidos estudados. Notamos que a equação de Carreau, bem conhecida para descrever variações de viscosidade, pode ser usada também para descrever como a estrutura varia com o cisalhamento, permitindo então estabelecer correlações entre variações estruturais e mudanças na viscosidade. Esses resultados devem ser válidos também para outras propriedades e outros líquidos, deixando margem para novos estudos similares.

Outro efeito analisado foi a orientação dos íons com o cisalhamento. O anal imidazólio do cátion tende a se alinhar preferencialmente de modo paralelo ao fluxo em taxas suficientemente elevadas, um efeito que se mostrou independente do ânion e que pode contribuir para o comportamento pseudoplástico de modo similar ao conhecido para polímeros.