КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 18-71-10061
НазваниеМатематическое моделирование испарения капель коллоидных растворов и образования наноструктур при испарении
Руководитель Бараш Лев Юрьевич, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической физики им. Л.Д. Ландау Российской академии наук , Московская обл
Конкурс №30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах; 01-716 - Системы и технологии математического моделирования для естественных наук
Ключевые слова алгоритмы математического моделирования, суперкомпьютеры, гидродинамика, конвекция Марангони, капли, коллоидные растворы, нано- и микроструктуры
Код ГРНТИ27.41.23
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
В последнее десятилетие задачи об испарении капель привлекли к себе значительное внимание в связи с новыми приложениями. Такие задачи возникают при приготовлении ультра-чистых поверхностей, при создании наноматериалов, при изучении растяжения молекул ДНК, а также при кристаллографии протеинов, диагностике болезней, разработке современных методов печати для струйных принтеров и ряде других направлений. Имеется большой интерес к проблеме изучения и управления осаждением наночастиц из высыхающей капли коллоидного раствора. Необходимо отметить значительную активность экспериментаторов и теоретиков в этой области в последнее время. Важное значение имеет изучение значений параметров, контролирующих скорость испарения и гидродинамику капель. Особо актуальной эта область исследований стала в связи с развитием нанотехнологий. Результаты детального и количественного исследования фундаментальных закономерностей в этой области стали появляться только в последние 10-15 лет.
А. Изучение конвекции Марангони в испаряющихся каплях и растворах жидкостей в зависимости от параметров задачи.
Будет проведено развитие разработанного ранее руководителем проекта подхода по численному моделированию физических процессов, происходящих при испарении капли, лежащей на подложке. Развитие подхода состоит во введении в модель дополнительных параметров моделирования. Это позволит провести исследование изучения влияния параметров подложки (температуры, теплопроводности и толщины подложки) и растворителя (летучести, размеров капли и др.) на характер конвекции Марангони в испаряющейся капле в режиме пиннинга контактной линии. Научная новизна будет состоять в получении характеристик испарения капли в зависимости от указанных параметров. Планируется провести детальные численные расчеты, которые позволят найти количественные характеристики конвекции в зависимости от параметров задачи. Будет проведено сравнение полученных результатов с имеющимися экспериментальными данными, а также с существующими аналитическими описаниями конвекции Марангони.
Б. Изучение гидротермальных волн в испаряющейся лежащей капле при помощи компьютерного моделирования.
Гидротермальные волны при испарении капель капиллярного размера были обнаружены в Эдинбургском университете около десяти лет назад. Объяснение этому эффекту отсутствует, хотя он можеть иметь большое значение для самоорганизации структур на поверхности капли. Нами планируется проведение детального компьютерного моделирования возникновения гидротермальных волн в испаряющейся капле в зависимости от параметров задачи. Будет проведено сравнение полученных результатов с имеющимися экспериментальными данными. Для осуществления моделирования требуется разработка новых методов моделирования, основанных на ранее разработанных руководителем проекта подходах. Планируется развитие последовательной теории конвективных гидротермальных неустойчивостей, сопровождающих испарение капли. Научная новизна состоит в разработке новых методов моделирования и в получении новых научных результатов.
В. Компьютерное моделирование образования наноструктур при испарении капли, содержащей коллоидный раствор наночастиц.
Эксперименты по испарению капель, содержащих коллоидный раствор наночастиц, приводят к образованию структур из осажденных на подложку наночастиц. При этом, влияние параметров, при которых проводится эксперимент, весьма велико. В результате, могут быть получены как упорядоченные, так и неупорядоченные структуры. Выяснение эффектов, влияющих на конечный результат, является актуальной и важной задачей. По проекту планируется провести изучение процессов при испарении капель коллоидных растворов наночастиц, влияющих на параметры конечной структуры из наночастиц. Будет проведено детальное численное моделирование осаждения наноструктур и изучена возможность управления осаждением. Нами будет изучено влияние на этот процесс поверхностных акустических волн, изучение влияния введения в раствор воздушных пузырьков, влияние параметров подложки и растворителя и т.д. Будет проведено сравнение полученных результатов с экспериментальными данными.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ