Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Računalniške simulacije večskalnih interakcij med tekočinskimi tokovi in mehko snovjo

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
1.07.00  Naravoslovje  Računalniško intenzivne metode in aplikacije   

Koda Veda Področje
P000  Naravoslovno-matematične vede   

Koda Veda Področje
1.07  Naravoslovne vede  Druge naravoslovne vede 
Ključne besede
večskalne računalniške simulacije, hibridne delčne/kontinuumske metode, simulacija molekulske dinamike, računska dinamika tekočin, nanofluidika, tekočinski tokovi, mehka snov, kompleksne tekočine
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (15)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  31147  dr. Staš Bevc  Računalniško intenzivne metode in aplikacije  Raziskovalec  2011 - 2014  21 
2.  25434  dr. Urban Bren  Kemija  Raziskovalec  2011 - 2014  359 
3.  28560  dr. Nejc Carl  Računalniško intenzivne metode in aplikacije  Raziskovalec  2011 - 2012  23 
4.  02287  dr. Milan Hodošček  Kemija  Raziskovalec  2011 - 2014  281 
5.  06734  dr. Dušanka Janežič  Računalniško intenzivne metode in aplikacije  Raziskovalec  2011 - 2013  499 
6.  32869  Matej Janežič  Naravoslovje  Mladi raziskovalec  2011 - 2013  32 
7.  13627  dr. Franci Merzel  Računalniško intenzivne metode in aplikacije  Raziskovalec  2011  207 
8.  08589  dr. Rudolf Podgornik  Fizika  Raziskovalec  2011 - 2014  703 
9.  36416  dr. Aleksandar Popadić  Računalniško intenzivne metode in aplikacije  Mladi raziskovalec  2013 - 2014  20 
10.  30656  dr. Tine Porenta  Fizika  Raziskovalec  2013  28 
11.  19037  dr. Matej Praprotnik  Računalniško intenzivne metode in aplikacije  Vodja  2011 - 2014  323 
12.  33209  mag. Kati Rozman  Naravoslovje  Mladi raziskovalec  2011 - 2014  16 
13.  19136  dr. Daniel Svenšek  Fizika  Raziskovalec  2011 - 2014  203 
14.  33303  Ivana Uršič    Tehnični sodelavec  2011 - 2013  11 
15.  30286  dr. Blaž Vehar  Računalniško intenzivne metode in aplikacije  Mladi raziskovalec  2011 - 2012  17 
Organizacije (2)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  0104  Kemijski inštitut  Ljubljana  5051592000  21.489 
2.  1554  Univerza v Ljubljani, Fakulteta za matematiko in fiziko  Ljubljana  1627007  33.797 
Povzetek
Mnogo pomembnih lastnosti kondenzirane materije zahteva razumevanje, kako fizika na nanoskali vpliva na strukture in procese na mikroskali in nad njo.Tako imenovane večskalne tehnike se v zadnjem desetletju naglo razvijajo, da bi premostile to vrzel. "Večskalni problem" je skupen mnogo različnim disciplinam in razvili so obilico večskalnih modelov za obravnavo različnih scenarijev bodisi v trdni ali mehki snovi. Glavni namen večskalnega modeliranja kompleksnih tekočin je študij vpliva velikih in počasnih krajevnih in časovnih skal tekočinskega toka na strukturo in dinamiko kompleksnih molekul (npr. polimerov, proteinov) oziroma kompleksnih interakcij (npr. interakcij med tekočino in trdno snovjo, fronte omočenja, formacija struktur, itd.). V tem kontekstu večskalno modeliranje temelji na razklopu domen: majhni del sistema [O(10nm)] rešujemo klasično s polnim atomističnim opisom in ga sklopimo z veliko večjo zunanjo domeno, ki jo opišemo z grobozrnatim (bodisi delčnim bodisi kontinuumskim) modelom. Centralna ideja takšnih dvoskalnih metod je, da velike in počasne procese rešimo z računsko nezahtevnim opisom, medtem ko ohranimo atomistično resolucijo le tam, kjer je to nujno potrebno. V tem projektu bomo sklopili molekularno domeno, kjer bomo uporabili simulacijo molekulske dinamike za reševanje enačb gibanja tekočine (molekularna tekočina kot npr. voda ali kompleksna tekočina npr. talina zvezdastih polimerov), s kontinuumsko domeno, ki jo bomo opisali z npr. Navier-Stokesovo enačbo. Študirali bomo vpliv (preko večskalnih interakcij) tekočinskega toka na molekularno domeno in obratno vpliv molekularne domene (preko robnih pogojev) na tekočinski tok.
Pomen za razvoj znanosti
Transport nanodelcev skozi tekočino je bistvenega pomena za aplikacije, ki se raztezajo od genskega prenosa, industrijskih premazov do diagnoze in terapije raka. Študij nanodelcev, npr. fulerenov, v vodnem okolju je prototipični problem za omenjene transportne procese. Simulacije omogočajo vpogled v takšne sisteme takrat, ko lahko dosežejo tako atomistične krajevne skale povezane z velikostjo nanodelcev kot tudi mikro/makroskale značilne za tekočinski tok. Simulacije molekulske dinamike, ki omogočajo opis atomskih podrobnosti medfaze med nanodelcem in tekočino, zaradi računske zahtevnosti do nadaljnjega ne moremo razširiti do makro režima celotnega tekočinskega toka. Po drugi strani pa kontinuumski opis z Navier-Stokesovo enačbo, ki omogoča opis makroskopskega obnašanja toka, ne opisuje dovolj natančno tokovnega polja ob sami površini nanodelca. V našem hibridnem pristopu pa smo združili najboljše lastnosti iz obeh zgoraj opisanih pristopov, torej tako zmožnost opisa celotnega tekočinskega toka kot tudi natančne robne pogoje okrog nanodelcev. Predvidevamo, da bodo večskalne simulacije v smeri našega pristopa doprinesle k dragocenim dognanjem, ki bodo prispevala nadaljnjemu razvoju na stičišču znanstvenih disciplin kot so mehanika tekočin, medicina in nanotehnologija.
Pomen za razvoj Slovenije
V okviru projekta smo razvijali metode in izvajali računalniške hibridne delčno-kontinuumske simulacije za študij večskalnih interakcij med mehko snovjo in molekularnimi tekočinami. Zaradi velikega obsega različnih numeričnih pristopov pri obravnavi tega problema, je potrebno sodelovanje med različnimi skupinami iz različnih znanstvenih področij. Pri tem sodelujemo z vodilnimi skupinami v svetu kot so: Theory group, Max Planck Institute for Polymer Research, Mainz, Nemčija; Chair of Computational Science, ETH Zurich, Zurich, Švica; Departamento Fisica Teorica de la Materia Condensada, Universidad Autonoma de Madrid, Madrid, Španija; Department of Mechanical Engineering, Technical University of Denmark, Lyngby, Danska. S tem sodelovanjem ohranjamo stik slovenske znanosti s samim mednarodnim vrhom raziskav na področju računske znanosti. V Sloveniji sodelujemo tudi z IJS, MF, FMF, BF, FF, FRI (vse UL), PU kot tudi z farmacevtsko industrijo, t.j, z Lekom in Krko. Razvite metode uporabljamo tudi v pedagoške namene in popularizacijo raziskovalnega in študijskega področja. Člani projektne skupine smo bili tudi mentorji/somentorji pri različnih doktorskih disertacijah s področij: fizika, računalništvo, farmacija in kemija. Rezultate raziskav objavljamo v najboljših mednarodnih znanstvenih revijah in jih predstavljamo na mednarodnih in domačih znanstvenih konferencah. S tem prispevamo k razpoznavnosti Slovenije in povečanju ugleda slovenske znanosti.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Letno poročilo 2011, 2012, 2013, zaključno poročilo, celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Letno poročilo 2011, 2012, 2013, zaključno poročilo, celotno poročilo na dLib.si
Zgodovina ogledov
Priljubljeno