Forskere undersøger dynamikken i flydende metalpartikler i nanoskala

To NJIT-forskere har demonstreret, at ved hjælp af en kontinuumbaseret tilgang, de kan forklare dynamikken i flydende metalpartikler på et substrat i en nanoskala. "Numerisk simulering af udstødte nanopartikler i smeltet metal, der er flydende ved laserbestråling:Samspil mellem geometri og befugtning, "dukkede op i Fysisk gennemgangsbreve (16. juli, 2013).

Udviklingen af ​​væskedråber deponeret på faste underlag har været fokus for stor forskningsindsats i årtier, sagde medforfatter Shahriar Afkhami, en adjunkt i NJIT Institut for Matematiske Videnskaber. Denne indsats er blevet særlig omfattende på nanoskalaen, på grund af relevansen af ​​nanostrukturer på en række områder, lige fra DNA -sekventering til plasmonik og nanomagnetisme. Og forskningen gælder også for flydende krystaldisplays og solpaneldesign. "

I dette arbejde, Afkhami med NJIT professor Lou Kondic, også på Institut for Matematiske Videnskaber, studerede de flydende metal nanostrukturer placeret på faste underlag. Undersøgelsen er af direkte relevans for selv- og instrueret samling af metal-nanopartikler på overflader. For eksempel, størrelsen og fordelingen af ​​metalliske partikler påvirker kraftigt udbyttet af solcelleenheder, Sagde Afkhami.

I dette arbejde, imidlertid, forskerne viser, at det er hensigtsmæssigt at anvende en kontinuumbaseret tilgang på nanoskalaen, hvor de grundlæggende antagelser om kontinuumvæskemekanik presses til grænserne. Parets forskning er det første forsøg på at udnytte state-of-the-art simuleringer baseret på kontinuumvæskemekanik til at forklare dynamikken i flydende metalpartikler på et substrat på nanoskalaen.

"Vi demonstrerede, at kontinuumsimuleringer giver en god kvalitativ overensstemmelse med atomistiske simuleringer på længdeskalaerne i området 1-10 nm og med de fysiske eksperimenter længdeskalaer målt i intervallet 100 nanometer, "tilføjede Kondic.

Kondic er involveret i den matematiske modellering og simulering af granulerede materialer, samt i udviklingen af ​​numeriske metoder til meget ulinære partielle differentialligninger relateret til strømmen af ​​tynde flydende film. I 2005, Kondic modtog et Fulbright Foundation-tilskud og rejste til Argentina for at studere dynamikken i ikke-newtoniske flydende film, der involverer kontaktlinjer. Han leder i øjeblikket fire føderalt finansierede projekter på i alt mere end $ 800, 000.

Afkhami bruger beregningsmæssig og matematisk modellering til at hjælpe forskere med bedre at forstå en række tekniske fænomener i virkeligheden. Hans arbejde omfatter undersøgelse af biomedicinske systemer, polymerer og plast, mikrofluidik og nanomaterialer. Hans forskning leder efter eksistensen af ​​løsninger og problemer, der involverer væskestrømme fra stabilitet til asymptotisk adfærd.

Afkhamis nuværende forskningsprojekt er numerisk at opdage en bedre måde at forstå dynamikken i blandinger af væsker på. Indsatsen vil binde til hans nye treårige NSF $ 252, 000 tilskud (2013-16) til at udvikle en state-of-the-art beregningsramme for polymere væsker. Frugterne af dette arbejde vil i sidste ende have en bred effekt i komplekse applikationer, såsom hvordan blod og andre kropsvæsker flyder i mikrofluidiske enheder samt at finde bedre måder at forbedre strømmen af ​​emulsioner ved blanding eller behandling af polymerer.