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 22-22-00899

НазваниеПроцессы массопереноса и энергообмена в активных дисперсных системах

Руководитель Ваулина Ольга Станиславовна, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук , г Москва

Конкурс №64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-502 - Физика низкотемпературной плазмы

Ключевые слова активная мягкая материя, пылевая плазма, комплексная плазма, коллоидная плазма, активные коллоиды, мелкодисперсные композиционные материалы, активные броуновские частицы, неравновесные системы, массоперенос, энергообмен, молекулярная динамика, методы диагностики

Код ГРНТИ29.27.00

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Целью данного проекта является исследование влияния инерционных и коллективных эффектов на процессы массопереноса и энергетического обмена в активной материи, которая представляют собой дисперсионную среду, содержащую мелкодисперсные активные частицы. Такие нано- и микрочастицы, также называемые нано- и микромоторами, способны автономно преобразовывать доступную энергию окружающей среды (химическую, электромагнитную, тепловую и т.д.) в собственное механическое движение [Bechinger, et al., Reviews of Modern Physics 2016]. Множество примеров активной материи имеет биологическое происхождение, однако, значительная часть текущих экспериментальных и теоретических исследований посвящена именно синтетическим системам: cамоходным коллоидам, активным полимерам и мембранам, виброуправляемым гранулированным веществам и гибридным синтетико-биологическим системам. Искусственная активная материя представляет большой фундаментальный интерес в статистической механике, открывает новые области в материаловедении и имеет много перспективных применений: от чисто технических до биомедицинских. За последнее десятилетие исследование активной материи (active matter) стало одним из самых захватывающих и бурно развивающихся новых направлений в физике «мягкого» конденсированного вещества (soft matter), а также в области статистической механики и материаловедения. Так, например, за последние 5 лет средняя цитируемость публикаций по данной тематике во всех журналах, индексируемых базой «Web of Science» возросла более чем в 10 раз. Синтетические активные нано- и микрочастицы являются идеальными строительными блоками для динамической самосборки функциональных микроструктур нового поколения, способных выполнять специфические задач автономным и целенаправленным образом: от перестраиваемых, самовосстанавливающихся коллоидных кристаллов и мембран до самособирающихся микропловцов и микророботов. Коллоидное активное вещество привлекает значительное внимание со стороны материаловедения в контексте разработки новых материалов с «программируемым» откликом на механические напряжения, сдвиговые, магнитные и тепловые поля. Появляются также перспективные приложения, связанные с биохимическим анализом, сепарацией вещества, коллективной доставке груза и утилизации механической энергии хаотического движения. Ярким примером синтетической активной частицы является так называемая частица Януса. Это бифункциональная частица, две части которой различаются по химическому составу и в результате имеют различные поверхностные и/или объемные свойства. Взаимодействие янус-частицы с окружающей средой порождает движущую силу, которая заставляет частицу самостоятельно двигаться. В большинстве исследований самоходные броуновские частицы движутся в вязких жидких средах. Совсем недавно появились эксперименты с янус-частицами в низкотемпературной плазме [Nosenko, PRR 2020; Arkar, Molecules 2021]. Отличительной особенностью такой среды является чрезвычайно низкая вязкость, при которой инерционные эффекты играют значительную роль. Другим примером активного броуновского движения c инерцией являются так называемые vibrobots, которые преобразуют колебательную энергию в направленное движение с помощью своих упругих ножек [Scholz, Nature 2018]. Еще более интригующим примером является так называемый superfluid microswimmer [Kolmakov, PRR 2021]. На сегодняшний день активное броуновское движение без инерции достаточно хорошо изучено, однако до сих пор не разработана теория, описывающая инерционное броуновское движение (ланжевеновское движение) самоходных частиц. В ходе выполнения проекта будут решены следующие задачи: 1. Статистическое описание миграции активной броуновской частицы в слабоионизованной плазме при воздействии внешних сил. 2. Движение заряженных броуновских частиц и процессы энергообмена при воздействии случайных сил разной природы в комплексной плазме и коллоидных суспензиях. 3. Динамические и структурные свойства активных дисперсных систем в широком диапазоне вязкости среды (от разреженного газа до жидкости). 4. Механизмы диссипации, подкачки и перераспределения кинетической энергии в системах активных броуновских частиц при различной вязкости среды. 5. Разработка новых методов диагностики активных дисперсных систем на основе результатов, полученных в ходе реализации проекта. Проект является междисциплинарным, поскольку объединяет в себе исследования активных коллоидов и комплексной (пылевой) плазмы.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---