Procesos en la Nanoescala

Se estudian, utilizando e integrando diferentes metodologías de análisis, procesos fisicoquímicos en la escala de angstroms a nanómetros.

Mecánica Cuántica (QM)

Esta metodología permite estudiar procesos a nivel molecular, empleando la teoría del funcional de la densidad (DFT) que permite obtener la densidad electrónica del sistema y a partir de ella, determinar diversas propiedades del mismo. Con esta metodología es posible obtener la reactividad de moléculas sobre superficies (adsorción, energía de activación para interfases sólido/gas y sólido/líquido) y a funcionalización de superficies para modelar o bien materiales sintetizados en el laboratorio o bien estructuras desconocidas de compuestos complejos.

Los cálculos involucrados se realizan utilizando el paquete de programas Quantum Espresso (QE) (www.quantumespresso.org), el cual funciona en forma distribuída.

 

 fig1_nanoEl margen de aplicación tecnológico de esta metodología es extremadamente variado. En particular hemos estudiado procesos relacionados con la recuperación mejorada de petroleo (J. Phys. Chem. C 2014, 118, 19180-19187).

Mecánica Clásica (MM)

El método MM permite estudiar procesos en la escala de los nanómetros a fin de representar en forma adecuada la interacción entre las diferentes especies que conforman un sistema. Para simular dichas interacciones se utilizan campos de fuerza que se determinan a partir de cáclulos QM, con lo cual se integran ambas metodologías  para un estudio multiescala. En particular analizamos el confinamiento de fluidos en poros de rocas geológicas, de gran interés para la industria de petróleo, tanto para los procesos de recuperación mejorada de petróleo y como para la extracción de shale gas/shale oil.

Loa métodos numéricos utilizados van desde la Dinámica Molecular (DM), que permite obtener propiedades estructurales y dinámicas de los fluidos confinados, hasta el Monte Carlo Gran Canónico (MCGC), que proporciona las densidades de los fluidos presentes en las condiciones del reservorio de petróleo.

Se utiliza el paquete de programas LAMMPS (lammps.sandia.gov) para DM y RASPA (http://dx.doi.org/10.1080/08927022.2015.1010082) para MCGC.

 

fig2_nanoA fin de comprender efectos de confinamiento en reservorios de carbonatos, se ha estudiado agua y salmuera confinada en poros slit de calcita.

Grupos y colaboradores externos:

Prof. Dra. Perla Balbuena (http://research.che.tamu.edu/groups/Balbuena/). Department of Chemical Engineering, Texas A&M University, College Station, TX 77843,USA

Prof. Dr. Caetano Rodrigues Miranda (http://romeo.if.usp.br/~sampasp/), Universidade de São Paulo/USP, Instituto de Física/IF, Dep. de Física dos Materiais e Mecânica/DFMT Ed. Van de Graaff – Grupo SAMPA, Rua do Matão, Travessa R, 187 – Cidade Universitária 05508-090 – São Paulo, SP – Brasil

Prof. Dr. Horacio R. Corti. Universidad de Buenos Aires, DQIAyQF-INQUIMAE, Grupo de vidrios y líquidos sobreenfriados, Pabellón 2, Ciudad Universitaria, Buenos Aires, Argetina

Prof. Dr. Damian A. Scherlis ( (http://www.inquimae.fcen.uba.ar/groups/simulation/index.html). Universidad de Buenos Aires. DQIAyQF-INQUIMAE. Laboratorio de Simulación Cuántica y Clásica en Materia Condensada a Escala Molecular. Pabellón 2, Ciudad Universitaria, Buenos Aires, Argentina