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Projekt
Aktive Teilchen in viskoelastischen Flüssigkeiten
Antragsteller
Professor Dr. Clemens Bechinger
Fachliche Zuordnung
Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
Förderung
Förderung von 2014 bis 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 254458034
Die meisten bisherigen experimentellen und theoretischen Studien über aktive Suspensionen wurden in Newtonschen Flüssigkeiten durchgeführt. Diese zeichnen sich durch eine konstante Viskosität aus und besitzen strukturelle Relaxationszeiten, die weit unterhalb einer für die aktive Teilchenbewegung relevanten Zeitskala liegen. Demgemäß lässt sich die umgebende Flüssigkeit trotz der Anwesenheit von selbstantreibenden Teilchen durch ein thermisches Gleichgewichtsbad beschreiben.In der 2. Periode des SPP 1726 wollen wir uns auf das Verhalten formstabiler Mikroschwimmer in nicht-Newtonschen Flüssigkeiten konzentrieren. Dies ist durch die Tatsache motiviert, dass sich lebende Organismen häufig in nicht-Newtonschen Flüssigkeiten bewegen und sich andererseits auch synthetische Mikroschwimmer im Rahmen zukünftiger Anwendungen in viskoelastischen Umgebungen befinden. Zusätzlich zu nichtlinearen rheologischen Eigenschaften (z. B. Scherverdünnung) zeichnen sich viskoelastische Fluide durch vergleichsweise lange Relaxationszeiten aus, wodurch das Fluid durch die Teilchenbewegung aus dem Gleichgewicht ausgelenkt wird. Neuere Experimente aus der Gruppe des PI konnten zeigen, dass die Kopplung zwischen der gerichteten Bewegung aktiver Teilchen und der mikrostrukturellen Relaxation der umgebenden Flüssigkeit u. a. zu einer dramatischen Erhöhung der Rotationsdiffusion führt. In der zweiten Phase des SPP wollen wir nun untersuchen, wie sich viskoelastische Flüssigkeiten auf das Verhalten dichterer aktiver Suspensionen auswirken. Aufgrund der mikrostrukturellen Deformation des Fluids erwarten wir langreichweitige elastische Wechselwirkungen, die zu Änderungen im Zusammenhang mit der Clusterbildung, aber auch beim Verhalten aktiver Teilchen an Wänden führen sollten. Neben Experimenten, in denen die Motilität der aktiven Teilchen konstant bleibt, planen wir auch Untersuchungen, bei denen die Antriebskraft periodisch über die Zeit moduliert wird. Hierbei wird die umgebende Flüssigkeit noch weiter aus dem thermischen Gleichgewicht ausgelenkt, so dass wir für diesen Fall deutliche Anzeichen nicht-Gaußscher Fluktuationen in der Teilchenbewegung erwarten.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
