Projekti / Programi
Fluidika aktivnih in kompleksnih tekočin na mikroskali
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 1.02.01 |
Naravoslovje |
Fizika |
Fizika kondenzirane materije |
| Koda |
Veda |
Področje |
| P250 |
Naravoslovno-matematične vede |
Kondenzirane snovi: struktura, termične in mehanske lastnosti, kristalografija, fazno ravnovesje |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 1.03 |
Naravoslovne vede |
Fizika |
kompleksne tekočine, aktivnost, mikrotok, koloidni plavalci
Raziskovalci (1)
| št. |
Evidenčna št. |
Ime in priimek |
Razisk. področje |
Vloga |
Obdobje |
Štev. publikacijŠtev. publikacij |
| 1. |
25670 |
dr. Miha Ravnik |
Fizika |
Vodja |
2013 - 2015 |
435 |
Organizacije (1)
Povzetek
Mikro aktivnost materialov je danes v vrhu raziskav kot zanimiv in nenavaden mehanizem mehkih kondenzirani snovi, ki je zmožen ustvariti pojave kot so notranja gibljivost, plavanje mikro-objektov in tvorba kompleksnih tokovnih profilov, pri čemer pa je glavni izziv raziskav doseči nadzor nad aktivnostjo, ki bi omogočil usmerjeno delovanje. V tem podoktorskem projektu predlagamo nov pristop nadzorovane aktivnosti, kjer bomo tri ključne mehanizme povezane z aktivnostjo –ograjenost, topološke defekte in koloidne inkluzije- uporabili kot pristope za ustvarjanje aktivnosti in njen nadzor. Z uporabo kompleksnega numeričnega modeliranja in stalno povezavo s sodelujočimi eksperimenti bomo v prvem raziskovalnem cilju ustvarili aktivne tokovne profile v sferičnih, toroidnih in drugih eksperimentalno zanimivih mikro-votlinah, ki bodo določeni z ograditvijo. V drugem cilju bomo raziskali aktivne topološke defekte kot ključen mehanizem za topološko določanje aktivnih tokov. V tretjem cilju pa bomo v pasivnih anizotropnih kompleksnih tekočinah ustvarili koloidne plavalce iz več mikro-delcev kot diskretne vire aktivnosti posameznoh objektov. V aktivnih tekočinah bomo splošno aktivnost stimulirali ali z lastno gibljivostjo ali pa z efektivno aktivnostjo, gnano z zunanjimi polji, kar bo dalo zanimiv nov vpogled v mikroskopski izvor aktivnih tokov. Raziskali bomo povezan vpliv ograditve in zunanjih polj na režime aktivnih tokov. Posebej biološko relevanten cilj projekta bo raziskati mehanizme lokalizirane aktivnosti na aktivnih mestih, kjer se bomo osredotočili na pojava sklapljanja aktivnosti in aktivne sinhronizacije. Posebno aplikativno usmerjene bosta koncept »usmerjenega« mikro-plavanja, določenega z anizotropno smerjo tekočine, in pa koncept uporabe aktivnih defektov kot lokalnih aktivnih mikro-črpalk, ki bosta omogočili lokalen nadzor nad aktivnimi tokovi, kar bo odprlo zanimive možnosti uporabe teh metod za mikro-manipulacijo in mikro-spreminjanje tekočin. Metodološko bo glavni pristop projekta intenzivno numerično modeliranje s hibridno Lattice Boltzmann metodo na osnovi modela aktivne nematske tekočine, kar je danes eden od najučinkovitejših mezoskopskih kontinuumskih pristopov k aktivnim materialom. Projekt se bo izvajal v skupini za mehko snov na Fakulteti za matematiko in fiziko Univerze v Ljubljani, ki je znana po najvišjih znanstvenih standardih in skupnem teoretičnem in eksperimentalnem delu. Ta podoktorski projekt bo postavil tudi trdno osnovo za prenos znanja iz Oxforda v Ljubljano (in Slovenijo) po obdobju mobilnosti in tako prispeval k ustvarjanju nove kohezije na bilateralnem in mednarodnem nivoju. Širok doseg predlaganih raziskav, aplikativno usmerjeni raziskovalni cilji in močna povezanost z znanstveno in širšo javnostjo so tudi direktne zaveze k znanstveni odličnosti, kar bo ustvarilo nove možnosti za komercializacijo visokotehnoloških raziskovalnih rezultatov.
Pomen za razvoj znanosti
Znanstveni rezultati tega projekta zaobjemajo široko študijo efektov v kompleksnih tekočinah kot jih pogojujejo ograjenost, dinamično poganjanje in zunanja polja. Delo –v polnem sodelovanju z več skupinami v Sloveniji in mednarodno- je pokazalo med drugim efekte ustvarjanja topoloških defektov v kasnejših fazah Kibblovega mehanizma, vozlanje fizičnih vozlov in vozlov polja, stabilizacijo koloidnih struktur s kvazikristalno simetrijo in razvoj nematskih kapljic kot površinskih senzorjev za biološka vlakna, kar so vse odlični rezultati na svetovnem nivoju. Odmevnost rezultatov se kaže tudi v visokih objavah teh vsebin (Nature Physics, Nature Materials, 2x PNAS)) in mnogih (20+) vabljenih predstavitvah na mednarodnih konferencah in inštitucijah. Splošneje so razviti raziskovalni rezultati zanimiv prispevek na stiku področij znanosti mehkih snovi, znanosti o svetlobi, fluidike in aplikacij, ter imajo potencial, da se nadaljnje razvijejo v katerokoli od teh raziskovalnih smeri. V sklepu je to delo prispevek h konceptom uporabe kompleksnih tekočin in njihove dinamike za razvoj novih materialov, novih pristopom k mikroskopski kontroli toka svetlobe in kot izhodišče za simulacije kompleksnih dinamičnih pojavov kot je na primer agregacija proteinov.
Pomen za razvoj Slovenije
Rezultati projekta so v kontekstu pomena za Slovenijo večplastni. Odlični znanstveni rezultati so neposredni doprinos k nadaljnji uveljavitvi slovenske skupnosti mehke snovi kot enega svetovno najodličnejših centrov za fiziko tekočih kristalov in splošneje kompleksnih tekočin. Tudi neposredno so znanstveni rezultati tega zgodnjega post-doc stopnje projekta omogočili tvorbo mlade raziskovalne skupine okrog vodje projekta, ki je zdaj v procesu nadaljnje rasti in stabilizacije. Posredno pa je to novo znanje prispevalo k višji kvaliteti izobraževanja študentov različnih nivojev na Univerzi v Ljubljani in je zdaj eno od izhodišč za več bodočih doktoratov. Projekt in njegovi rezultati so tudi posredno prispevali k razvoju aplikativnega znanja simuliranja kompleksnih dinamičnih pojavov, kar zdaj prenašamo v verige in mreže vrednosti Pametne specializacije Slovenije.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
