Due ricercatori NJIT hanno dimostrato che utilizzando un approccio basato sul continuum, possono spiegare la dinamica delle particelle metalliche liquide su un substrato di scala nanometrica. "Simulazione numerica di nanoparticelle di metallo fuso espulse liquefatte dall'irradiazione laser:interazione tra geometria e deumidificazione, " apparso in Lettere di revisione fisica (16 luglio, 2013).

L'evoluzione delle gocce di fluido depositate su substrati solidi è stata per decenni al centro di grandi sforzi di ricerca, ha detto il co-autore Shahriar Afkhami, un assistente professore presso il Dipartimento di Scienze Matematiche NJIT. Questo sforzo è diventato particolarmente esteso su scala nanometrica, a causa dell'importanza delle nanostrutture in una varietà di campi, che vanno dal sequenziamento del DNA alla plasmonica e al nano magnetismo. E la ricerca si applica anche ai display a cristalli liquidi e ai design dei pannelli solari".

In questo lavoro, Afkhami con il professor Lou Kondic del NJIT, anche nel Dipartimento di Scienze Matematiche, ha studiato le nanostrutture di metallo liquido poste su substrati solidi. Lo studio è di diretta rilevanza per l'autoassemblaggio e l'assemblaggio diretto di nanoparticelle metalliche su superfici. Per esempio, la dimensione e la distribuzione delle particelle metalliche influiscono fortemente sulla resa dei dispositivi a celle solari, Afkhami ha detto.

In questo lavoro, però, i ricercatori dimostrano che l'utilizzo di un approccio basato sul continuo è appropriato su scala nanometrica, dove gli assunti di base della meccanica dei fluidi continui sono spinti ai limiti. La ricerca della coppia è il primo tentativo di utilizzare simulazioni all'avanguardia basate sulla meccanica dei fluidi continui per spiegare la dinamica delle particelle di metallo liquido su un substrato su scala nanometrica.

"Abbiamo dimostrato che le simulazioni continue forniscono un buon accordo qualitativo con le simulazioni atomistiche sulle scale di lunghezza nell'intervallo 1-10 nm e con le scale di lunghezza degli esperimenti fisici misurate nell'intervallo di 100 nanometri, " ha aggiunto Kondic.

Kondic è coinvolto nella modellazione matematica e nella simulazione di materiali granulari, nonché nello sviluppo di metodi numerici per equazioni differenziali alle derivate parziali altamente non lineari relative ai flussi di film liquidi sottili. Nel 2005, Kondic ha ricevuto una sovvenzione dalla Fondazione Fulbright e si è recato in Argentina per studiare le dinamiche dei film liquidi non newtoniani che coinvolgono le linee di contatto. Attualmente guida quattro progetti finanziati dal governo federale per un totale di oltre $ 800, 000.

Afkhami utilizza modelli computazionali e matematici per aiutare i ricercatori a comprendere meglio una serie di fenomeni ingegneristici della vita reale. Il suo lavoro include l'esame di sistemi biomedici, polimeri e plastiche, microfluidica e nanomateriali. La sua ricerca cerca l'esistenza di soluzioni e problemi che coinvolgono i flussi di fluidi dalla stabilità al comportamento asintotico.

L'attuale progetto di ricerca di Afkhami è scoprire numericamente un modo migliore per comprendere la dinamica delle miscele di fluidi. Lo sforzo si legherà al suo nuovo NSF triennale $ 252, 000 (2013-16) per sviluppare un quadro computazionale all'avanguardia per liquidi polimerici. I frutti di questo lavoro alla fine avranno un ampio effetto in applicazioni complesse, come il modo in cui il sangue e altri fluidi corporei scorrono nei dispositivi microfluidici, nonché trovare modi migliori per migliorare il flusso delle emulsioni durante la miscelazione o la lavorazione dei polimeri.