Multiphysik-Simulationen der kolloidalen Phasentrennung

• Antragsteller: Professor Dr. Ghulam Destgeer
• Fachliche Zuordnung: Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik ; Computergestütztes Werkstoffdesign und Simulation von Werkstoffverhalten von atomistischer bis mikroskopischer Skala ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 538269976

Das Verständnis der Kinetik von kolloidalen Phasenübergängen ist ein jahrhundertealtes Problem, das bis heute untersucht wird. Kolloidale Systeme stellen ein hervorragendes Modellsystem auf mikroskaliger Ebene dar, um die molekularen oder atomaren Wechselwirkungen der Materie während der Phasenübergänge mit Hilfe der Lichtmikroskopie zu untersuchen. Die Kinetik von Phasenübergängen wird seit fast einem halben Jahrhundert anhand eines Kolloid-Polymer-Systems (CP) eingehend untersucht. Wichtige Fragen zu einschränkenden Geometrien und zusätzlichen externen Feldern sind jedoch noch offen. Es wurden verschiedene Simulationstechniken und -ansätze entwickelt, um Einblicke in die Phasentrennung von kolloidalen Systemen zu gewinnen. Diese Simulationsmethoden haben zwar zu unserem Verständnis des Phänomens der Phasentrennung in kolloidalen Systemen beigetragen, doch gibt es auch Einschränkungen, die auf eine zu vereinfachte Darstellung der Systemdynamik zurückzuführen sind, wobei Faktoren wie hydrodynamische Wechselwirkungen, gravitative Sedimentation, thermische Fluktuation, komplexe Geometrien, unterschiedliche Partikeleigenschaften und Herausforderungen bei der Einbeziehung externer Kraftfelder übersehen werden. Um diesen Einschränkungen zu begegnen, schlagen wir ein numerisches Modell vor, das auf der Finite-Elemente-Methode basiert und mehrere physikalische Faktoren in einem einzigen Modell kombiniert, um kolloidale Phasenübergänge umfassend zu untersuchen. Das von uns vorgeschlagene numerische Modell kombiniert die hydrodynamischen Wechselwirkungen der kolloidalen Teilchen mit den vielfältigen Kräften, die auf die Teilchenbewegung einwirken. Das numerische Modell, das durch die experimentellen Demonstrationen validiert wird, wird ein umfassendes Verständnis des komplexen Gelierungsprozesses in einer kolloidalen Polymermischung ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen