Partículas irregulares

El uso de una representación continua ^{[ 8 ]} del potencial discontinuo descrito anteriormente permite la simulación de partículas con parches mediante dinámica molecular .

Una simulación realizada implica un método de Monte Carlo , donde el mejor "movimiento" asegura el equilibrio en la partícula. Un tipo de movimiento es la rototraslación. Esto se lleva a cabo eligiendo una partícula aleatoria, desplazamientos angulares y radiales aleatorios, y un eje de rotación aleatorio. ^{[ 11 ]} Los grados de libertad rotacionales deben determinarse antes de la simulación. Luego, la partícula se rota/mueve de acuerdo con estos valores. Además, el paso de tiempo de integración debe controlarse porque afectará la forma/tamaño resultante de la partícula. Otra simulación realizada es el ensamble gran canónico. En el ensamble gran canónico, el sistema está en equilibrio con un baño térmico y un reservorio de partículas. ^{[ 11 ]} El volumen, la temperatura y el potencial químico son fijos. Debido a estas constantes, un número de partículas (n) cambia. Esto se usa típicamente para monitorear el comportamiento de fase. Con estos movimientos adicionales, la partícula se agrega en una orientación aleatoria y posición aleatoria.

Otras simulaciones implican movimientos de Monte Carlo sesgados. Un tipo son los movimientos de sesgo de volumen de agregación. Consisten en 2 movimientos; el primero intenta formar un enlace entre dos partículas previamente no enlazadas, el segundo intenta romper un enlace existente por separación. Los movimientos de sesgo de volumen de agregación reflejan el siguiente procedimiento: se eligen dos partículas, I y J, que no son partículas vecinas, la partícula J se mueve dentro del volumen de enlace de la partícula I. Este proceso se lleva a cabo de manera uniforme. Otro movimiento de sesgo de volumen de agregación sigue un método de elección aleatoria de una partícula J que está enlazada a I. La partícula J se mueve luego fuera del volumen de enlace de la partícula I, lo que resulta en que las dos partículas ya no estén enlazadas. ^{[ 11 ]} Un tercer tipo de movimiento de sesgo de volumen de agregación toma una partícula I enlazada a la partícula J y la inserta en una tercera partícula.

El ensamble gran canónico mejora con los movimientos de sesgo de volumen de agregación. Cuando se aplican los movimientos de sesgo de volumen de agregación, la tasa de formación y agotamiento de monómeros aumenta en los movimientos de ensamble mejorado y gran canónico.

Una segunda simulación de Monte Carlo sesgada es el Monte Carlo de movimiento virtual. Este es un algoritmo de movimiento de clúster. Fue creado para mejorar los tiempos de relajación en sistemas de baja densidad con interacciones fuertes y para aproximar mejor la dinámica difusiva en el sistema. ^{[ 11 ]} Esta simulación es adecuada para sistemas autoensamblables y poliméricos que pueden encontrar movimientos naturales que relajen el sistema.

Desarrollar parches entrópicos que se autoensamblan en estructuras cuasicristalinas cúbicas simples , cúbicas centradas en el cuerpo (bcc), de diamante y dodecagonales . La capa de coordinación local determina parcialmente la estructura que se ensambla. ^{[ 2 ]} Se simulan esferas con facetado cúbico, octaédrico y tetraédrico. Esto permite que los parches entrópicos se autoensamblen.

Las esferas tetraédricas facetadas se obtienen partiendo de esferas simples. En coordinación con las caras de un tetraedro, la esfera se divide en cuatro facetas iguales. Se realizaron simulaciones de Monte Carlo para determinar diferentes formas de α, la cantidad de facetado. ^{[ 2 ]} La cantidad de facetado determina la red que se forma. Las redes cúbicas simples se obtienen de manera similar, dividiendo facetas cúbicas en esferas. Esto permite el ensamblaje de redes cúbicas simples. Un cristal bcc se obtiene facetando una esfera octaédricamente. ^{[ 2 ]}

La cantidad de facetado, α, se utiliza en el autoensamblaje de valencia emergente para determinar qué estructura cristalina se formará. Una esfera perfecta se establece como α=0. La forma que se faceta a la esfera se define en α=1. ^{[ 2 ]} Al variar la cantidad de facetado entre α=0 y α=1, la red puede cambiar. Los cambios incluyen efectos en el autoensamblaje, la estructura de empaquetamiento, la cantidad de coordinación del parche de facetado con la esfera, la forma del parche de facetado, el tipo de red cristalina formada y la fuerza del parche entrópico. ^{[ 2 ]}