Modulação de padrões de Turing na reação CDIMA por meio de luz branca visível e ultravioleta

Autor: Miranda, Renan Carneiro Cavalcante de, 1990
Přispěvatelé: Sousa, Raphael Nagao de, 1984, Rosa, Paulo de Tarso Vieira e, López Castillo, Alejandro, Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Química, Programa de Pós-Graduação em Química, UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
instacron:UNICAMP
Popis: Orientador: Raphael Nagao de Sousa Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Química Resumo: Pela primeira vez realizou-se um estudo sistemático dos efeitos da luz ultravioleta, usando-se unicamente esta e também em combinação com a luz branca visível, incididas sobre padrões de Turing na reação dióxido de cloro - iodo - ácido malônico (CDIMA). A luz ultravioleta usada apresenta um pico pronunciado em 368 nm e tem a capacidade de perturbar o sistema seletivamente. As moléculas de dióxido de cloro são decompostas em uma reação de ordem zero na presença de incidência de radiação ultravioleta e padrões de Turing do tipo `spots reduzidos¿ são formados com um arranjo hexagonal imperfeito. Há uma competição entre a luz ultravioleta e a luz branca visível através de uma reação fotoquímica com a dissolução de dióxido de cloro, o qual previne a supressão total de padrões em intensidades intermediárias de luz branca. Esses resultados sugerem que comprimentos de ondas específicos de luz no espectro ultravioleta modifica seletivamente a química por trás da formação de padrões e pode ser utilizada para gerar estruturas auto organizadas sobre condições forçadas. Nós propomos um modelo de Lengyel-Epstein para incorporar o efeito da iluminação ultravioleta e obter uma boa concordância qualitativa entre simulações e experimentos. Esses resultados apoiam e fortalecem a ideia que a reação fotoquímica de dióxido de cloro é uma etapa chave na modulação de padrões na reação CDIMA sobre iluminação ultravioleta. Outra possibilidade de modulação de padrões de Turing é pela aplicação de um controle de retroalimentação com retardo de tempo sendo fornecido dados obtidos numericamente para dois casos distintos, um controle de retroalimentação global em função da concentração do ativador com um atraso, outro em função da média do ativador com um atraso. Foi verificado no primeiro caso que dependendo dos valores de intensidade da retroalimentação aplicada, e do atraso de tempo considerado há a formação de instabilidades espaço-temporais, e na transição de padrões puramente de Turing e de oscilações de Hopf ocorre outros padrões espaço-temporais interessantes como de ondas viajantes, que podem possuir uma ou mais fontes e sorvedouros, e alguns padrões de ondas espaciais de difícil classificação. Na aplicação da retroalimentação considerando a média verificou-se uma mudança de número de ondas nos padrões de Turing formados pela aplicação de uma intensidade e tempo de atraso adequados Abstract: We have carried out the first systematic study of the effects of ultraviolet light, both alone and in combination with visible white light, on Turing patterns in the chlorine dioxide?iodine?malonic acid (CDIMA) reaction. The ultraviolet light used has a sharp peak at 368 nm and can perturb the system selectively. It primarily decomposes chlorine dioxide in a zeroth-order reaction, and when it is used to illuminate Turing patterns, shrunken spots are formed with an imperfect hexagonal arrangement. The ultraviolet light competes directly with the visible white light via the photoreaction with dissolved chlorine dioxide, which prevents the total suppression of patterns at intermediate intensities of white light. These results suggest that specific wavelengths of light in the ultraviolet spectrum selectively modify the chemistry behind the pattern formation and can be utilized to generate novel self-organized structures under forcing conditions. We propose a modified Lengyel?Epstein model to incorporate the effect of ultraviolet illumination and obtain good qualitative agreement between simulations and experiments. These results support the idea that chlorine dioxide photoreaction is a key step in modulating CDIMA patterns under ultraviolet illumination. Another possibility of modulating the Turing patterns is through the application of a time-delayed feedback control, which provides numerically obtained data for two cases, a global feedback control depending on the concentration of the activator with a delay, another depending on the average of the activator with a delay. It was verified in the first case that, depending on the intensity values of the applied feedback and the time-delay considered there is the formation of spatiotemporal instabilities. In the transition between purely Turing patterns and Hopf oscillations other interesting spatiotemporal patterns occur, such as travel waves, which may have one or more sources and sinks and some patterns of difficult classification. In the application of feedback considering the mean, there was a change in the number of waves in the Turing patterns formed by the application of an appropriate intensity and delay time Mestrado Físico-Química Mestre em Química CAPES 88882.329151/2019-01
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: