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Existem diversos problemas da chamada matéria condensada mole, que se encaixa na interface entre Física, Química e Biologia, que ainda não possuem total compreensão pela comunidade acadêmica. De forma geral, este projeto envolve a modelagem molecular de sistemas onde existe uma correlação forte entre dinâmica e estruturação. Na interface entre fı́sica e quı́mica este projeto visa estudar as propriedades de adsorção e filtragem de nanomateriais, com enfoque na purificação de água e ar. Também a produção de nanomateriais através do self-assembly de blocos quı́micos moleculares, como nanopartı́culas, polı́meros e surfactantes, será objeto de pesquisa. Estes dois assuntos estão intimamente ligados, com as propriedades dos nanomateriais afetando o comportamento dos fluidos nanoconfinados em seu interior. Também serão pesquisados sistemas na interface entre fı́sica e biologia. Os processos difusivos nestes sistemas fogem do usual, devido à complexidade do meio, ao confinamento imposto, aos obstáculos existentes e diversos gradientes fı́sicos e bioquı́micos que existem nos seres vivos. Neste sentido, compreender como ocorre a difusão em meios complexos será outro objetivo deste projeto de pesquisa.

O ferramental simulacional apresentado abaixo permite o estudo de sistemas no equilı́brio e fora do equilı́brio. Iremos realizar simulações de sistemas coarse-grained e de modelos atomı́sticos, de acordo com os trabalhos prévios do grupo.
A. Dinâmica molecular
A dinâmica molecular (DM) é um método que nos permite calcular propriedades de um determinado sistema a partir das posições e energia de interação entre partı́culas. A evolução temporal do sistema se dá por meio da integração numérica das equações do movimento das partı́culas, onde a força de interação é obtida pela derivação do potencial interpartı́cula. As propriedades dinâmicas e termodinâmicas dos sistemas estudados serão obtidas nos ensembles N V T e μV T . No primeiro caso, voltado para a análise de sistemas em equilı́brio, serão usados diferentes termostatos. O termostato de Langevin é o mais indicado para modelar nanopartı́culas, colóides e moléculas em solução aquosa, pois descreve as colisões
entre soluto e solvente e efeitos de viscosidade. Por outro lado, termostatos como Nosè-Hoover e Berendsen são indicados para sistemas lı́quidos puros, como água sem soluto. O ensemble μV T é obtido utilizando-se o método da Dinâmica Molecular Grande Canônica com Dois Volumes de Controle (DCV-GCMD). Nesta técnica definimos regiões da caixa de simulação, os volumes de controle, onde o potencial quı́mico e, consequentemente, a densidade, são controlados através de uma mistura de passos de DM N V T e Monte Carlo Grande Canônico (GCMC). Com isto, podemos gerar gradientes de densidade a fim de estudar escoamentos em sistemas fora do equilı́bro.
B. Monte Carlo
O método de Monte Carlo é uma técnica de simulação por amostragem estatı́stica. As propriedades do sistema são obtidas a partir das posições das partı́culas e da energia de interação entre elas, do mesmo modo como feito no método de DM. Contudo, a evolução temporal do sistema não se dá por dinâmica – no sentido de movimento – e sim por tentativas de se obterem configurações do sistema com menor estado de energia. Desse modo, o ”deslocamento” de partı́culas não precisa obedecer a nenhuma lei de movimento, podendo desaparecerem e aparecerem onde for mais conveniente energeticamente. Principalmente, utilizaremos o Metrópolis Monte Carlo (MMC), que simula um sistema no ensemble N V T ,
e o GCMC, que modela um sistema no ensemble μV T.

C. Dissipative Particle Dynamics (DPD)
A técnica de Dissipative Particle Dynamics (DPD) é baseada na dinâmica de partı́culas interagindo sob efeito de foras conservativas, dissipativas e randômicas [171]. Esta dinâmica, produzida por estas forças, constitui um modelo coarse-grained particular do DM, cujas partı́culas representam um cluster de moléculas interagindo [172]. Esta interação é escrita através da segunda lei de Newton, cuja resultante sobre a i-ésima partículaé dada pela soma de três termos: um termo conservativo, um dissipativo e um randômico.

A meta principal é compreender sistemas de matéria mole tanto de um viés de Ciência Básica, compreendendo os processos essenciais para compreender o sistema de interesse, quando de Ciência Aplicada, utilizando os resultados básicos para s busca de novas tecnologias. Isso pode ser observado no histórico do proponente do projeto, que possui trabalhos que vão da Fìsica Básica à Aplicada.Ainda, o proponente é Bolsista de Produtividade do CNPq, tendo assim um bom índice de publicações em periódicos renomados da área, além de orientador diversos alunos de Iniciação Científica e Pós-Graduação. Ao final do projeto espera-se aumentar o conhecimento sobre sistemas onde estrutura e difusão estão intrisicamente relacionados. Isso, logicamente, irá acarretar em uma continuação do fluxo de produção científica, orientação de alunos e visa-se também propôr patentes.