Två NJIT-forskare har visat att med ett kontinuumbaserat tillvägagångssätt, de kan förklara dynamiken hos flytande metallpartiklar på ett substrat av nanoskala. "Numerisk simulering av utsprutade smälta metallnanopartiklar som flytande genom laserbestrålning:Samspel mellan geometri och avvätning, " framträdde i Fysiska granskningsbrev (16 juli, 2013).

Utvecklingen av vätskedroppar avsatta på fasta substrat har varit ett fokus för stora forskningsansträngningar i decennier, sa medförfattaren Shahriar Afkhami, en biträdande professor vid NJIT Institutionen för matematiska vetenskaper. Denna ansträngning har blivit särskilt omfattande på nanoskala, på grund av relevansen av nanostrukturer inom en mängd olika områden, allt från DNA-sekvensering till plasmonik och nanomagnetism. Och forskningen gäller även flytande kristallskärmar och solpanelsdesign."

I det här arbetet, Afkhami med NJIT-professor Lou Kondic, även vid institutionen för matematiska vetenskaper, studerat nanostrukturer av flytande metall placerade på fasta substrat. Studien är av direkt relevans för själv- och riktad montering av metallnanopartiklar på ytor. Till exempel, storleken och fördelningen av metallpartiklar påverkar starkt utbytet av solcellsenheter, sa Afkhami.

I det här arbetet, dock, forskarna visar att det är lämpligt att använda ett kontinuumbaserat tillvägagångssätt på nanoskala, där de grundläggande antagandena för kontinuumvätskemekanik pressas till det yttersta. Parets forskning är det första försöket att använda state-of-the-art simuleringar baserade på kontinuumvätskemekanik för att förklara dynamiken hos flytande metallpartiklar på ett substrat på nanoskala.

"Vi visade att kontinuumsimuleringar ger en bra kvalitativ överensstämmelse med atomistiska simuleringar på längdskalorna i intervallet 1-10 nm och med de fysikaliska experimentens längdskalor mätta i intervallet 100 nanometer, " tillade Kondic.

Kondic är involverad i matematisk modellering och simulering av granulära material, såväl som i utveckling av numeriska metoder för mycket olinjära partiella differentialekvationer relaterade till flöden av tunna vätskefilmer. Under 2005, Kondic fick ett anslag från Fulbright Foundation och reste till Argentina för att studera dynamiken hos icke-newtonska flytande filmer som involverar kontaktlinjer. Han leder för närvarande fyra federalt finansierade projekt på totalt mer än $800, 000.

Afkhami använder beräknings- och matematisk modellering för att hjälpa forskare att bättre förstå en rad verkliga tekniska fenomen. Hans arbete inkluderar att undersöka biomedicinska system, polymerer och plaster, mikrofluidik och nanomaterial. Hans forskning letar efter förekomsten av lösningar och problem som involverar vätskeflöden från stabilitet till asymptotiskt beteende.

Afkhamis nuvarande forskningsprojekt är att numeriskt upptäcka ett bättre sätt att förstå dynamiken i blandningar av vätskor. Insatsen kommer att knytas till hans nya treåriga NSF $252, 000 anslag (2013-16) för att utveckla ett toppmodernt beräkningsramverk för polymera vätskor. Frukterna av detta arbete kommer så småningom att ha en bred effekt i komplexa tillämpningar, såsom hur blod och andra kroppsvätskor flödar i mikrofluidiska enheter samt att hitta bättre sätt att förbättra flödet av emulsioner när man blandar eller bearbetar polymerer.