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Termodinámica Estadística para la ingeniería de la materia fuera de equilibrio

Uno de los principales desafíos en la Ciencia moderna es la comprensión de los mecanismos que conducen a estados de la materia que no se encuentran en equilibrio termodinámico, como los geles, los vidrios o sólidos amorfos. El tema de la materia fuera de equilibrio o “arrestada” comienza a ser de interés público debido a que esta materia existe en casi todas las áreas de nuestra vida diaria y se utilizan con frecuencia en diversos sectores industriales y en aplicaciones tecnológicas, tales como el sector salud, el alimentario, el farmaceútico, entre muchos otros, sin embargo, el origen de los estados de la materia fuera de equilibrio aún es muy limitado.

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Durante las últimas décadas se han realizado grandes esfuerzos y alianzas entre la Comunidad Mexicana de Física Estadística quienes desarrollaron uno de los pocos marcos teóricos de “primeros principios” en el mundo capaces de describir varios de los procesos que dan origen a la materia fuera del equilibrio. Así, la llamada “Self-Consistent Generalized Langevin Equation” (SCGLE) ha permitido la descripción cuantitativamente de los estados vítrios o sólidos amorfos. Contrario a la mayoría de los modelos teóricos que permiten la descripción de estos estados fuera de equilibrio, la SCGLE puede generalizarse “fácilmente” a otras aplicaciones y fenómenos más complejos. Además, recientemente, esta teoría física se utilizó para conocer características acerca de los estados de la materia fuera de equilibrio, como el denominado “envejecimiento”, huella digital de los procesos de no-equilibrio cuando los materiales están sujetos a condiciones que no les permiten llegar al equilibrio termodinámico tan fácilmente.

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Los estados fuera de equilibrio más estudiados son los observados en sistemas compuestos por partículas coloidales, la materia blanda coloidal es una clase de materia típicamente conocida como “materia pasiva” en la que se observan comportamientos de equilibrio y no equilibrio. Esta materia la podemos encontrar en la sangre, en diferentes fluidos del cuerpo y, especialmente, dentro y entre los fluidos de las células. Algunos ejemplos de materia coloidal con la que interactuamos cotidianamente son las medicinas, los cosméticos, las pinturas y los aerosoles, solo por mencionar algunos ejemplos.

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En la Universidad de Guanajuato se realizan trabajos colaborativos con miembros de diferentes instituciones públicas y privadas del país logrando la consolidación de la Red Mexicana “Materia Condensada Blanda”, red científica que contribuyó a la creación del Laboratorio de la Ingeniería de la Materia Fuera del Equilibrio (LANIMFE por sus siglas en español), que ha permitido responder a preguntas fundamentales dentro de la Física Estadística de los estados de no equilibrio de materiales blandos y, además, ha facilitado la predicción cuantitativa de la Termodinámica Molecular, así como el procesamiento y la fabricación de productos, es decir, se ha logrado la innovación tecnológica basada en la materia fuera de equilibrio.

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El Dr. Ramón Castañeda Priego tiene estudios de Maestría y Doctorado en Ciencias con la especialidad de Física por el Departamento de Física del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados del IPN, realizando además una estancia posdoctoral en la Universidad de Konstanz, Alemania. Es miembro regular de la Académica Mexicana de Ciencias y del Sistema Nacional de Investigadores, nivel III. Es profesor del Departamento de Ingeniería Física de la UG; su línea de investigación es la llamada “Mecánica Estadística de la Materia Condensada Blanda” y desde 1998 realiza actividades de divulgación científica dirigidas a niños, adolescentes y adultos.


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