Twee NJIT-onderzoekers hebben aangetoond dat met behulp van een continuümgebaseerde benadering, ze kunnen de dynamiek van vloeibare metaaldeeltjes op een substraat van nanoschaal verklaren. "Numerieke simulatie van uitgeworpen nanodeeltjes van gesmolten metaal, vloeibaar gemaakt door laserbestraling:samenspel van geometrie en ontvochtiging, " verscheen in Fysieke beoordelingsbrieven (16 juli, 2013).

De evolutie van vloeistofdruppels die op vaste substraten worden afgezet, is al tientallen jaren een focus van grote onderzoeksinspanningen, zei co-auteur Shahriar Afkhami, een assistent-professor in de NJIT-afdeling Wiskundige Wetenschappen. Deze inspanning is bijzonder omvangrijk geworden op nanoschaal, vanwege de relevantie van nanostructuren op verschillende gebieden, variërend van DNA-sequencing tot plasmonics en nanomagnetisme. En het onderzoek is ook van toepassing op liquid crystal displays en zonnepaneelontwerpen."

In dit werk, Afkhami met NJIT-professor Lou Kondic, ook in het departement Wiskundige Wetenschappen, bestudeerde de vloeibare metalen nanostructuren geplaatst op vaste substraten. De studie is van direct belang voor zelf- en gerichte assemblage van metalen nanodeeltjes op oppervlakken. Bijvoorbeeld, de grootte en verdeling van metaaldeeltjes heeft een grote invloed op de opbrengst van zonnecelapparaten, zei Afchami.

In dit werk, echter, de onderzoekers tonen aan dat het gebruik van een op continuüm gebaseerde benadering geschikt is op nanoschaal, waar de basisveronderstellingen van continuümvloeistofmechanica tot het uiterste worden gedreven. Het onderzoek van het paar is de eerste poging om state-of-the-art simulaties op basis van continue vloeistofmechanica te gebruiken om de dynamiek van vloeibare metaaldeeltjes op een substraat op nanoschaal te verklaren.

"We hebben aangetoond dat continuümsimulaties een goede kwalitatieve overeenkomst bieden met atomistische simulaties op de lengteschalen in het bereik van 1-10 nm en met de fysieke experimenten lengteschalen gemeten in het bereik van 100 nanometer, ", voegde Kondic toe.

Kondic is betrokken bij de wiskundige modellering en simulatie van korrelige materialen, evenals bij de ontwikkeling van numerieke methoden voor zeer niet-lineaire partiële differentiaalvergelijkingen met betrekking tot de stromen van dunne vloeistoffilms. In 2005, Kondic ontving een subsidie ​​van de Fulbright Foundation en reisde naar Argentinië om de dynamiek van niet-Newtoniaanse vloeistoffilms met contactlijnen te bestuderen. Hij leidt momenteel vier federaal gefinancierde projecten voor in totaal meer dan $ 800, 000.

Afkhami gebruikt computationele en wiskundige modellering om onderzoekers te helpen een reeks real-life technische fenomenen beter te begrijpen. Zijn werk omvat het onderzoeken van biomedische systemen, polymeren en kunststoffen, microfluïdica en nanomaterialen. Zijn onderzoek zoekt naar het bestaan ​​van oplossingen en problemen met vloeistofstromen van stabiliteit naar asymptotisch gedrag.

Afkhami's huidige onderzoeksproject is om numeriek een betere manier te vinden om de dynamiek van mengsels van vloeistoffen te begrijpen. De inspanning zal worden gekoppeld aan zijn nieuwe driejarige NSF $ 252, 000-beurs (2013-16) om een ​​ultramodern computerraamwerk voor polymere vloeistoffen te ontwikkelen. De vruchten van deze arbeid zullen uiteindelijk een breed effect hebben in complexe toepassingen, zoals hoe bloed en andere lichaamsvloeistoffen in microfluïdische apparaten stromen, evenals het vinden van betere manieren om de stroom van emulsies te verbeteren bij het mengen of verwerken van polymeren.