Projekti / Programi
Topološka turbulenca v ograjenih kiralnih nematskih poljih
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.01 |
Naravoslovje |
Fizika |
Fizika kondenzirane materije |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.03 |
Naravoslovne vede |
Fizika |
Aktivna snov, nematske tekočine, mikro-plavalci, Janusovi koloidi, elektroforeza, mehka snov
Raziskovalci (14)
Organizacije (2)
Povzetek
Danes so aktivne snovi ena od najbolj vročih raziskovalnih tem na področju mehke snovi in tudi širše v naravoslovju. Aktivni agenti – tako biološki kot tehnološko proizvedeni – predstavljajo osrednje gradnike aktivne snovi in so sposobni premikanja, vrtenja in na splošno gibanja z uporabo zunanje energije iz okolja, ki jo lahko kemijska ali pa energija zunanjih polj. Sposobnost načrtovanja, nadzora in upravljanja delovanja aktivnih agentov (t.i. mikroplavalcev) je v jedru modernega razvoja aktivne snovi. V tem projektu želimo združiti eksperimente in modeliranje z namenom razvoja in raziskovanja novih načinov za upravljanje aktivnih agentov s posebnim poudarkom na pojavu topološke turbulence, in sicer preko tega da jih bomo izpostavili anizotropnemu okolju (pasivnih) kompleksnih nematskih tekočin. V splošnem tako želimo razviti tudi novo vrsto namensko proizvedene anizotropne aktivno-pasivne snovi. Naš namen je uporabiti foretične aktivne koloide v obliki Janusovih delcev (kroglice, paličice itd.), ki jih bo elektroforetično poganjalo zunanje električno polje v okolju kompleksne nematske tekočine, s čimer bomo ustvarili nove aktivne snovi. Začeli bomo z razvojem enega samega Janusovega delca v nematski tekočini, ki jo poganja električno polje, nadaljevali z interakcijo parov in nato raziskovanje razširili na kolektivno premikanje električno gnanih Janusovih delcev v različnih ograjenih nematskih geometrijskih oblikah. Vzporedno z eksperimenti bomo razvili tudi okvir za teoretično modeliranje, s katerim bomo lahko določili gibanje aktivnih delcev v pasivnem nematskem okolju na mezoskopski ravni. Osrednja ideja našega dela bo v tem, da bo gibanje aktivnih Janusovih delcev nadzirala in nanje močno vplivala anizotropija in splošna struktura nematske tekočine, ki jih obkroža in za katero je znano, da ustvarja mehke elastične interakcije dolgega dosega in ima potencialen vpliv na koloidne inkluzije. Te nematske interakcije, ki so podvržene vplivu geometrije, topologije, kiralnosti in snovnega toka, bomo uporabili za nadzorovanje in upravljanje aktivnih agentov na individualnem in kolektivnem nivoju. Zasnovane omejujoče geometrične oblike anizotropne aktivno-pasivne snovi bodo vključevale plasti, kapljice in votline, možni pa so tudi poljubni 3D-natisnjeni vzorci, kot so fraktali. Projekt bo izvajala skupina za fiziko mehke snovi na Institutu »Jožef Stefan« in Fakulteti za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani, ki dosega najvišje znanstvene standarde [PRL 2020, 2x PRX 2019, Nature Comm 2019, Science Adv 2018, Nature Phys 2017, 2x Nature Comm 2017. Naš širši namen je razviti novo odzivno pasivno-aktivno snov, ki je namensko proizvedena in ne biološka, ki bi se lahko srednjeročno in preko trajanja tega projekta neposredno uporabila v popolnoma novih in danes neznanih optičnih in fotonskih aplikacijah, ki temeljijo na aktivnih snoveh in pojavih v aktivnih snoveh, kot na primer mikro-gibljivi svetlobni mediji. Splošneje bo razumevanje aktivnih agentov v anizotropnem okolju ponudilo nov vpogled v različne biološke procese in odprlo poti za njihov razvoj in uporabo v bioloških znanostih in medicini, med drugim tudi v biofiziki, kar so koristi celotni družbi.
