INFORME CIENTÍFICO-TECNOLÓGICO[1]
PERIODO: enero 2001-diciembre 2002
Legajo Nº: 311218
1.
APELLIDO: MONTANI
NOMBRES: RUBEN ALFREDO
2.
TEMA
DE INVESTIGACION
FISICOQUIMICA DE
SOLIDOS
3.
DATOS
RELATIVOS A INGRESO Y PROMOCIONES EN LA CARRERA
INGRESO: Categoría: ADJUNTO S/D Mes: JULIO Año:
1998
ACTUAL: Categoría: ADJUNTO S/D desde el mes: JULIO
Año: 1998
4.
INSTITUCION
DONDE DESARROLLA LA TAREA
Nombre: UNIVERSIDAD
NACIONAL DEL SUR
Dependencia: DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
Dirección: Calle: Av. Alem Nº.
1253
Ciudad: Bahía Blanca Pcia: Bs.As
Tel: 0291-4595100
Dirección electrónica: rmontani@criba.edu.ar
Cargo que ocupa: Profesor Asociado p/ concurso ordinario.
5.
DIRECTOR
DE TRABAJOS. (En el caso que corresponda)
Apellido y Nombres: ----------------
Dirección. Calle ----------------
Ciudad: ------------- Pcia:
--------- Tel: ------------
Dirección electrónica: --------------------
....................................................... ..................................................
Firma del Director (si corresponde)
Firma del Investigador
Fecha:
6.
EXPOSICION
SINTETICA DE LA LABOR DESARROLLADA EN EL PERIODO.
Según
el plan de trabajo preexistente (informe 001) las novedades producidas en los
dos subproyectos en las que la labor a realizar fue dividida son las siguientes:
a--Conductividad
y difusión en vidrios de óxidos inorgánicos.
Se
continuó con la labor ya en marcha sobre los vidrios conductores mixtos, en
particular en sistemas del tipo: X M2O
(1-X) [Y MoO3- (1-Y)V2O5] 2TeO2, (con M=Li ó Ag y Y=0 e Y=0.5).
Los estudios con el
reemplazo parcial de óxido de Vanadio por óxido de Molibdeno, nos permitieron concluir la validez de una de nuestras hipótesis de
trabajo referida a la existencia de
caminos independientes para la migración de iones y electrones
respectivamente. Estos resultados fueron publicados según se informa mas abajo
en el punto 7.
Simultáneamente se ha
comenzado con una exploración mas precisa del entorno químico asociado la
existencia de esos caminos independientes de migración. Para ello se utilizaron
técnicas de Rayos X, espectroscopía de IR, y Análisis térmico diferencial.
Estos estudios nos permiten concluir la
existencia de dominios altamente ordenados en el seno del material a medida que
aumenta el tenor de conductor iónico (i.e aumento de X).
Actualmente se están
concluyendo las determinaciones
experimentales en los sistemas a base
de Litio (M= Litio, Y=0.5). Estos trabajos forman parte de la tesis doctoral
que la licenciada Marisa Frechero
presentará en septiembre próximo.
Además
en esta dirección se está trabajando en la puesta a punto del equipo necesario
para efectuar medidas de conductividad en función de la temperatura y
frecuencia a diferentes presiones. Ese equipamiento permitirá efectuar esas
determinaciones hasta una presión de 4000 atmósferas. Se espera obtener así
valiosa información sobre el rol desempeñado por el volumen libre en el
fenómeno de transporte. Este es un nuevo subproyecto que se describe con
detalle en el punto 20 abajo.
b--Simulación en Materia Condensada .
En
este subproyecto se continúa con el
estudio de los movimientos cooperativos y volumen libre en vidrios sencillos
(Lennard-Jones) utilizando para ello
el formalismos de la Dinámica
Molecular. En ese sentido se están obteniendo resultados importantes acerca de
la dinámica de las partículas, en particular a la conclusión referida a la
existencia de "strings" de partículas (de 3 á 7 partículas cada uno)
que se mueven con un alto grado de cooperatividad y cuya característica
fundamental es la de ser efímeros. Se demuestra que son justamente estos los
eventos relevantes para la difusión.
Estos resultados fueron
aceptados recientemente para su
publicación según se informa mas abajo en el punto 7.
7.
TRABAJOS
DE INVESTIGACION REALIZADOS O PUBLICADOS EN ESTE PERIODO.
7.1. PUBLICACIONES.
7.1.1. "Mixed conduction on
lithium-vanadium tellurite glasses"
R.A.Montani and S.E.Giusia, Physics and Chemistry of Glasses, 42(1) (2001) 12-16.
Abstract:
The effect of the Li2O on
the electrical conductivity of vanadium
tellurite glasses has been studied by
using the impedance spectroscopy in a wide range of temperature . The
obtained results confirm the existence
of a transition from a typically electronic (polaronic) conductive regime when
the molar fraction (X) of Li2O is equal to 0, to a ionic conductive regime when X
tends to 1. This transition is characterized by a deep minimum in the
electrical conductivity of about 5
orders of magnitude. A discussion of the Meyer-Neldel and anti-Meyer-Neldel
rule fitted by the systems is also discussed.
7.1.2. "Towards a dynamics for ion
transport in glasses"
R.A.Montani,
Physics and Chemistry of Glasses, 42(2) (2001) 112-115.
Abstract: There is still
no encompassing theory of ionic transport in glasses that is wdely
accepted, even after extensive experimental as well as theoretical work,
there is so far no encompassing theory that is widely accepted. Consequently,
the activity in this direction continues to point to the possible ingredients that such a theory
should include. That is the spirit of this work, which aims at researching the
influence of a constrained dynamics on the ionic transport in glassy systems.
This constrained dynamics is determined by the interplay between two clearly
differentiated timescales: one
determined by the slow movement of the atoms adjacent to the bottleneck
of the passage of moving ions and the other determined by the rapid movement of
those ions. We will show that it is just this interplay between the two
timescales that allows the generation of dynamic pathways which are essential
for ionic conductivity and associated phenomena.
7.1.3. "Effect of Ag2O on the
conductive behaviour of silver vanadium tellurite glasses.Part II"
R.A.Montani,
A. Lorente and M.A. Frechero , Solid State Ionics, 146
(2002) 323-327.
Abstract: In a previous work
the effect of the Ag2O on
the electrical conductivity of vanadium
tellurite glasses of the form X Ag2O.(1-X) V2O5
.2TeO2 has been studied by using the impedance spectroscopy in a wide range of
temperature and composition. The obtained
results confirm the existence of a transition from a typically
electronic (polaronic) conductive regime when the molar fraction (X) of
Ag2O is equal to 0, to an ionic conductive regime when X
tends to 1. This transition is characterised by a deep minimum in the
electrical conductivity of about 3
orders of magnitude. In the present paper a complementary study of the system
of the form 0.27 Ag2O.
0.73[ Y V2O5 (1-Y) TeO2] is
presented. In this system there also exists such a transition, but now from an ionic to electronic conductive
regime. The correlated behaviour between conductivity and the mean
distance between silver ions and between vanadium ions indicates that a concentration-based explanation is
appropriate.
7.1.4. "The conductive behaviour of
silver vanadium-molybdenum tellurite glasses."
R.A.Montani
and M.A.Frechero Solid State Ionics, 158 (2003) 327-332.
Abstract:
In a previous paper the effect of the Ag2O on the electrical conductivity of vanadium tellurite glasses of
the form X Ag2O.(1-X) V2O5 .2TeO2
has been studied by using the impedance spectroscopy in a wide range of
temperature and composition. The obtained results confirm the existence of a
transition from a typically electronic (polaronic) conductive regime when the
molar fraction (X) of Ag2O is equal to 0, to an ionic
conductive regime when X tends to 1. This transition is characterised by
a deep minimum in the electrical conductivity of about 3 orders of magnitude.
In the present paper a complementary study of the system of the form X Ag2O.(1-X) [0.5V2O5
–0.5MoO3] 2TeO2 is reported. The correlated behaviour between conductivity and the
mean distance between silver ions and between vanadium ions for these two
systems reinforces the idea of two
independent migrating paths for both electrons and ions respectively.
7.2.
TRABAJOS
EN PRENSA Y/O ACEPTADOS PARA SU PUBLICACIÓN.
7.2.1.
“Time evolution of clusters of mobile particles in a model glass-former”
G.A.Appignanesi,
M.A. Frechero and R.A.Montani, Physica
A., aceptado abril 2003.
Abstract: In this work we investigate by means of molecular
dynamics simulations the detailed time evolution of string-like cooperative
motions in a binary Lennard-Jones system at temperatures close to its
mode-coupling temperature, Tc. The strings will be fully
geometrically and dynamically characterised, making evident the correlated and
concerted nature of the motions of the particles comprised. We shall show that
at low temperature each string occurs in a sharp time window within the time
interval [0, t*], where t* is a characteristic time related to the lifetime of
the global clusters of mobile particles. Moreover, the different strings that
comprise a given global cluster will be shown to take place independently and
asynchronically, thus providing further support to the heterogeneous scenario
of relaxation, but in which different independent string-like sub-regions relax
at different timescales. Finally, we shall also demonstrate that as temperature
is increased the strings evolve during an increasing fraction of the time
interval [0, t*] and that for T~0.55 the lifetimes of the strings and of the
global clusters become akin to each other.
7.3.
TRABAJOS
ENVIADOS Y AUN NO ACEPTADOS PARA SU PUBLICACION.
7.3.1.
"Structure and mixed conduction in silver vanadium-molybdenum tellurite
glasses"
M.A.Frechero, O.V.Quinzani, R.S.Pettigrosso, M.Villar
and R.A.Montani, Solid State
Ionics, enviado.
Abstract:
In previous papers the effect of the Ag2O on the electrical conductivity of vanadium
tellurite glasses of the form X Ag2O.(1-X) V2O5
.2TeO2 and X Ag2O.(1-X) [0.5V2O5
–0.5MoO3] 2TeO2
has been studied by using the impedance spectroscopy in a wide
range of temperature and composition. The obtained results confirm the
existence of a transition from a typically electronic (polaronic) conductive
regime when the molar fraction (X) of Ag2O is equal to 0, to
an ionic conductive regime when X tends to 1. This transition is
characterised by a deep minimum in the electrical conductivity of about 3
orders of magnitude. The correlated behaviour between conductivity and the mean
distance between silver ions and between vanadium ions for these two
systems reinforces the idea of two
independent migrating paths for both electrons and ions respectively. In the
present paper complementary and
supporting structural studies
are presented.
8.
TRABAJOS
DE DESARROLLO DE TECNOLOGÍAS.
9.
SERVICIOS
TECNOLÓGICOS.
10.
PUBLICACIONES
Y DESARROLLOS EN:
10.1. DOCENCIA
10.2. DIVULGACIÓN
11.
DIRECCION DE BECARIOS
Y/O INVESTIGADORES. Indicar nombres de los dirigidos, Instituciones de
dependencia, temas de investigación y períodos.
2000-1 Director
de la beca de entrenamiento (CIC) de la
Sra. Marisa A. Frechero.
Universidad
Nacional del Sur (B.Blanca) Laboratorio de Fisicoquímica, Dpto. de Química.
Tema: Estudio de la dinámica de iones en
sólidos amorfos: la interacción ion-polarón en los vidrios
2TeO2 (1-x) V2O5
xAg2O.
(trabajo finalizado).
12.
DIRECCION DE TESIS.
Director
de la tesis doctoral de la Licenciada en Química Sra. Marisa A.
Frechero,.
Titulo: "Fenómenos de transporte de carga sistemas vítreos formados a partir
de Oxidos de
Plata,
Vanadio y Telurio."
Trabajo
iniciado en febrero de 2001 y en curso
al presente.
Fecha
estimada de defensa: Septiembre de 2003.
13.
PARTICIPACION EN REUNIONES
CIENTIFICAS.
En
el " XII Congreso Argentino de Fisicoquímica. 2001". Con dos
presentaciones:
“Relajación
de sistemas complejos en un contexto variacional”
G.
Appignanesi, R.A.Montani y A. Fernández
“Determinación
del núcleo que induce el colapso hidrofóbico en el plegamiento de una
bioproteína”
A.
Fernández, G. Appignanesi, A Colubri, T. Burastero y R.A.Montani.
14.
CURSOS DE
PERFECCIONAMIENTO, VIAJES DE ESTUDIO, ETC.
Estadía
de 90 días (abril de 2001 - junio de 2001)
en el Laboratorio del Profesor Malcolm D. Ingram, en el Departamento de
Química de la Universidad de Aberdeen, Escocia. Durante la estadía se
discutieron los resultados obtenidos por quien suscribe en lo que hace a
un modelo de transporte iónico en
sólidos amorfos, campo en el cual el Profesor Ingram es un referente
inevitable. Esta visita forma parte del intercambio que viene desarrollándose
entre los dos laboratorios desde el año 1995.
15.
SUBSIDIOS RECIBIDOS EN EL
PERIODO. Indicar institución otorgante, fines de los mismos y montos recibidos.
16.
DISTINCIONES O PREMIOS
OBTENIDOS EN EL PERIODO.
17.
ACTUACION EN ORGANISMOS
DE PLANEAMIENTO, PROMOCION O EJECUCION CIENTIFICA Y TECNOLÓGICA. Indicar las
principales gestiones realizadas durante el período y porcentaje aproximado de
su tiempo que ha utilizado
18.
TAREAS DOCENTES
DESARROLLADAS EN EL PERIODO.
Dictado
de la asignatura curricular “Fisicoquímica
C” , 1er. cuatrimestre de 2001 y 2002 respectivamente.
Universidad
Nacional del Sur. Dpto. de Química e Ing. Química.
Dictado
de la asignatura curricular “Fisicoquímica D”, 2do. cuatrimestre de 2001
y 2002 respectivamente . Universidad Nacional del Sur. Dpto. de
Química e Ing. Química.
Dictado
parcial del curso de posgrado “Química de Sólidos” del Programa en
Ciencia de Materiales, 2do.
Cuatrimestre de 2001.
Universidad
Nacional del Sur. Dpto. de Química e Ing. Química.
Dictado
Parcial de la asignatura curricular “Fisicoquímica B”, 2do. cuatrimestre
de 2001.
Universidad
Nacional del Sur. Dpto. de Química e Ing. Química.
Las materias "Fisicoquimica B,C y
D" respectivamente, implican cada
una 6 horas semanales frente a alumnos durante el cuatrimestre mas la consiguiente preparación de clases y
corrección de exámenes. La materia Química de Sólidos es una materia de
posgrado que implica la cuarta parte de ese tiempo. Puede resumirse que la
labor docente afecta unas 8 horas semanales durante todo el año lectivo.
19.
OTROS ELEMENTOS DE
JUICIO NO CONTEMPLADOS EN LOS TITULOS ANTERIORES. Bajo este punto se indicará todo lo que se considere de interés
para la evaluación de la tarea cumplida en el período.
--Miembro del tribunal que entendió en la tesis
para optar al grado de Doctor en Matemáticas
del Lic. Andrés Colubri titulada "El
problema del plegamiento de una proteína: de un modelo
estocástico a una solución semiempírica". UNS, 27 de diciembre de 2001.
--Desde
enero 2001 hasta el presente (y sigue) Consejero Departamental Titular
por el claustro de profesores.
20.
TITULO Y PLAN DE TRABAJO
A REALIZAR EN EL PROXIMO PERIODO.
Título General: "Fenómenos de
transporte de carga en sistemas amorfos"
Se detallará la labor a realizar en el
próximo período en los tres
subproyectos siguientes:
a--Conductividad
y difusión mixta en vidrios de óxidos inorgánicos. Se
continuará con la labor sobre los
sistemas actualmente en estudio es
decir sobre los vidrios conductores
mixtos, en particular en sistemas del tipo:
X M2O (1-X) [Y MoO3- (1-Y)V2O5]
2TeO2, (con M=Li ó Ag y Y=0 e Y=0.5).
En
particular y - como directa continuación de los trabajos en marcha (ver punto
6)- se completarán los estudios tendientes a la caracterización de los cambios
del entorno químico (estructural)
referidos a sistema con M=Litio. Para ello se utilizarán las técnicas de
Espectroscopia de IR y el Anális Térmico Diferencial y las determinaciones por
difracción de rayos-X.
b--conductividad
iónica en sistemas vítreos.
En
este subproyecto se realizarán medidas de conductividad eléctrica en función de
la temperatura, frecuencia y presión en sistemas amorfos iónicos (en principio
vidrios conductores iónicos,
paradigmáticos y sencillos constituidos fundamentalmente por silicatos o
fosfatos de plata y potasio).
La
idea fundamental es poder en evidenciar mediante la introducción de la variable
presión, los efectos del volumen libre
en los eventos elementales microscópicos de
difusión. Se intenta evidenciar y diferenciar conceptos de la literatura
que aparecen como superpuestos o vagamente definidos y que son: el volumen
libre, y el volumen de activación para
la difusión (ó conducción). Al presente existen no más de una veintena de
trabajos en esta dirección publicados en los últimos 30 años.
En
consecuencia, por una parte se medirá conductividad en función de la frecuencia
que arroja precisa información acerca de los mecanismos puestos en juego para
los eventos difusionales del ion responsable del transporte de carga. (Elliot 1987, Montani 2001). Por otra
parte se pondrá de manifiesto cual es el efecto de la presión sobre estos mecanismos, ya que la misma actúa
controlando el volumen necesario para permitir el movimiento de los iones
encargados del transporte de carga.
A
su vez, la conductividad en función de la frecuencia s(w), puede correlacionarse a partir de la teoría de la respuesta lineal (Funke 2002, Heuer 2002) con
el recorrido cuadrático medio <r2(t)> como:
Con
:
Donde
q es la carga , r la densidad de iones móviles y HR
la relación de Haven.
En
esta identidad quedan correlacionados
la conductividad en función de la frecuencia
y el recorrido cuadrático medio. Consecuentemente a partir de la
coincidencia entre nuestras medidas experimentales de la conductividad y
nuestros cálculos del recorrido
cuadrático medio, se espera
validar la totalidad de nuestros resultados de simulación. Así, los resultados
de la simulación permitrán un estudio minucioso de aspectos no accesibles
experimentalmente tales como: geométricos (directamente relacionados al volúmen ), módulo y dirección de las
fuerzas y momentos actuantes en las partículas móviles en lugares y
"ventanas" de tiempo
precisos, funciones de distribución estáticas y dinámicas etc.
Desde
un punto de vista experimental, las medidas bajo presión implican un tren para
general presión , que en este caso esta dado básicamente por un tornillo (
fabricado por la empresa HPT) que permite generar presiónes de hasta 4000 atm
utilizando aceite de siliconas. Este
tren presuriza una celda termostatizada construida en acero inoxidable
con conectores eléctricos apropiados que permite montar la muestra de medida.
En este caso la celda fue diseñada en este laboratorio con asistencia de
expertos en sistemas de alta presión. La construcción estuvo a cargo de un
taller local con experiencia en sistemas de alta presión. Actualmente se están
haciendo las pruebas preliminares de estanqueidad y puesta a punto del
dispositivo. Los resultados actuales permiten adelantar que las medidas de
conductividad estarán en marcha en forma rutinaria hacia septiembre del presente
2003.
c--Simulación en Materia Condensada .
Se
iniciará la adaptación del programa de Dinámica Molecular en el ensamble NPT,
que como se informa en el punto 6, se está utilizando actualmente para los
estudios de vidrios moleculares sencillos
(Lennard-Jones) a sistemas más complejos involucrando la existencia de 4
tipos de partículas diferentes (v.g.
Si, O, Na, K). Como se dijo, en el acápite anterior, se estudiarán por
medio de este programa parámetros tales como el recorrido cuadrático medio en
función de la presión para poder mediante la transformación correspondiente
correlacionarlo con las medidas experimentales de conductividad a fin de
determinar como se dijo (b) los mecanismos elementales involucrados en la
conducción íonica y su relación con los efectos de volumen libre y de
activación para la conducción.
Asimismo
y en un plano mas general se continuará con el estudio de los movimientos cooperativos y volumen libre en
vidrios sencillos (Lennard-Jones) utilizando para ello el formalismo de la Dinámica Molecular. En este trabajo en marcha al presente se intenta
poder estudiar ahora cuál es el rol de estos movimientos cooperativos sencillos
y efímeros en fenómenos tales como la cristalización ó nucleación.
Bibliografía:
S.R.Elliot, Adv. Phys. 36 (1987) 135-218.
R.A.Montani and S.E.Giusia, Physics and Chemistry of Glasses, 42(1) (2001)
12-16.
K. Funke et al. , Phys.Chem.Chem.Phys.,
4(2002) 3155-3167.
A.Heuer et al. Phys.Chem.Chem.Phys.,
4(2002) 3185-3192.