Research description

Department of Theory of Continuous Media and Nanostructures

Head of Department:

Prof. Leszek Jarecki, Ph.D., Dr. Habil.
Subjects:

Zlec. 203 Istotna nieliniowość i symetria w układach polowo-mechanicznych

Zlec. 204 Teoretyczne i doświadczalne badania kształtowania się struktury nanoskopowej polimerów w różnych warunkach termodynamicznych

Zlec. 205 Zastosowania metod optycznych w nanotechnologii - kontynuacja

Zlec. 328 Sensory ultradźwiękowe do badania własności fizycznych materiałów

Project type:Badania statutowe
Period:2011 2011

30.01.2012

GŁÓWNE KIERUNKI BADAŃ W 2011r

• Prowadzono badania nad zastosowaniem teorii ośrodka z cechowaniem opartym na lokalnych grupach symetrii zależnych od położenia w czasoprzestrzeni. Zbadano nieliniowe modele dynamiczne układów ciał deformowalnych, głównie jednorodnie deformowalnych. Można w ten sposób modelować nieliniowe drgania sprężyste. Teorie z nieprzemiennymi grupami cechowania prowadzą do istotnie nieliniowych modeli dynamicznych. Opracowano „spintronikę” układów momentu pędu i przedyskutowano jej granicę klasyczną. Kontynuowano tematykę metod momentowych kinetycznej teorii bezmasowych gazów kwantowych i zajęto się uogólnieniem i zastosowaniem wypracowanych wcześniej metod do innych gazów kwantowych, w szczególności do zagadnień radiacji. Skoncentrowano się na hydrodynamikach radiacyjnych wynikających z zamknięcia układu równań momentowych funkcją rozkładu maksymalizującą entropię Boltzmanna. Uwzględniano statystyki Maxwella-Boltzmanna, Fermiego-Diraca i Bosego-Einsteina oraz różne rodzaje momentów. Przeanalizowano cztero-momentową spektralną hydrodynamikę radiacyjną. Wyznaczono dziedzinę określoności teorii i ściśle wykazano istnienie rozwiązania zagadnienia optymalizacyjnego. Wykazano istnienie rozwiązania problemu maksymalizacji entropii Boltzmanna w wyznaczonej dziedzinie wartości momentów dla jednowymiarowej dziewięcio-momentowej hydrodynamiki radiacyjnej.
• Badano zagadnienia farmakodynamiki, w tym problem odporności na leki, we współpracy ze środowiskiem medycznym i farmakologicznym. Opracowano istotnie nieliniowy model farmakodynamiki, motywowany zagadnieniami chemioterapii w chorobach nowotworowych i rozwojem modeli matematycznych w biologii i ekologii.
• Rozwijano modele wewnętrznych i kolektywnych stopni swobody rządzonych przez grupę przekształceń afinicznych w przestrzeni konfiguracyjnej lub fazowej. Umożliwiło to otrzymywanie ścisłych rozwiązań analitycznych. Uzyskano nowe sformułowanie kwantowej i quasi-klasycznej dynamiki układów momentów pędu zarówno układów spinów jak i orbitalnych momentów pędu. Opracowano teorię bąka z „rezonansem” między ruchem translacyjnym i wewnętrznym-obrotowym. Teorię opracowano na poziomie kwantowym i klasycznym.
• Opracowano podstawy kinetycznego modelu przemian składu fazowego w układach polimorficznych wielu faz stałych typu monotropowego, współistniejących z fazą amorficzną. Sformułowano układ równań kinetycznych opisujących zmianę składu fazowego w czasie przemiany w różnych warunkach termicznych. Na tym gruncie sformułowano model pozwalający opisywać kinetykę krystalizacji polimerów w różnych warunkach termicznych oraz przebieg topnienia polimerów uzależniony od termicznej historii ich krystalizacji. Prace służą ustaleniu optymalnych parametrów symulacji obserwowanego, silnie „rozmytego” na osi temperatury topnienia polimeru. Przeprowadzono symulacje komputerowe na przykładzie izotaktycznego polipropylenu. Określono temperatury topnienia krystalitów o różnych grubościach i częstotliwość ich powstawania z fazy amorficznej. Wyznaczono skład fazowy w różnych temperaturach w warunkach izotermicznej krystalizacji w układzie 5-ciu faz krystalicznych.
• Prowadzono badania strukturalne nanowłókien formowanych metodą elektroprzędzenia z roztworu polikaprolaktonu (PCL) celem znalezienia zależności pomiędzy strukturą na powierzchni i w objętości nanowłókien a właściwościami utworzonych z nich włóknin z punktu widzenia zastosowania jako rusztowań do hodowli komórkowych in vitro. Wykonano szereg procesów elektroprzędzenia PCL w różnych warunkach napięcia elektrostatycznego, czystego roztworu polimeru i z dodatkiem żelatyny, która znacznie zwiększa adhezję komórek do nanowłókien. We współpracy z Instytutem w Pozzuoli (Włochy) badano krystalizację polimerów biodegradowalnych: polihydroksymaślanu (PHB) oraz poli-L-laktydu (PLLA) metodą mikroskopii optycznej, DSC i metodą depolaryzacji światła z zastosowaniem zbudowanego w IPPT układu.
• Kontynuowano symulacje komputerowe dynamiki molekularnej stopów polimeru z zastosowaniem algorytmu ruchów kooperatywnych dla długich łańcuchów polimeru i dużych matryc w celu uzyskania układów statystycznie jednorodnych. Czasy relaksacji łańcuchów polimeru wyznaczane z funkcji autokorelacji wektorów koniec-koniec uzupełniono o wartości wyznaczone dla dłuższych łańcuchów w dostępnych obliczeniowo warunkach. Symulacje na matrycach większych, z dłuższymi łańcuchami będą możliwe po uruchomieniu nowego klastra obliczeniowego. Zebrane dane pozwalają wyznaczyć statystyczne wymiary kłębków makrocząsteczek polimeru w układzie oraz stałą dyfuzji środka masy makrocząsteczek. Ustalenie się promienia bezwładności kłębka łańcucha w czasie symulacji wskazuje, że uzyskane układy są jednorodne statystycznie pod względem rozkładu konformacji łańcuchów.
• Kontynuowano badania teoretyczne i eksperymentalne nad fotonicznymi metodami wizualizacji nanostruktur i optycznej nano-manipulacji przy użyciu mikroskopu pola bliskiego. Wykazano istnienie efektywnego sprzężenia międzypolaryzacyjnego w meta-materiałowych nanofotonicznych wnękach rezonansowych, przeprowadzone na przykładzie otwartej i symetrycznej wnęki wykorzystującej zjawisko ujemnej refrakcji. Opracowano teoretycznie i przebadano numerycznie model nano-meta-rezonatora pobudzającego i przełączającego wiązki optyczne Hermita-Gaussa wyższych rzędów. Wyniki prac wpisują się bezpośrednio w najnowsze badania nad fotonicznymi własnościami i zastosowaniami meta-materiałów prowadzone od kilkunastu lat w wiodących laboratoriach, głównie w Wielkiej Brytanii, Japonii i USA..
• Prowadzono prace nad wykorzystaniem sensorów ultradźwiękowych do badania właściwości fizycznych materiałów. W ramach rozpoczętych badań olei roślinnych, innej grupy cieczy o dużym znaczeniu praktycznym, badano właściwości oleju z oliwek. W literaturze światowej brak jest danych na temat wysokociśnieniowych przemian fazowych tego oleju. Zmierzono zmiany prędkości podłużnych fal ultradźwiękowych w funkcji ciśnienia hydrostatycznego i temperatury (izotermy prędkości). Zaobserwowano skokowe zmiany prędkości i tłumienia świadczące o występowaniu wysokociśnieniowej przemiany fazowej. Zmierzono przebieg zmian gęstości, ściśliwości adiabatycznej oraz objętości względnej oleju w funkcji ciśnienia hydrostatycznego. Przeprowadzono pomiary kinetyki zmian ciśnienia hydrostatycznego cieczy w czasie przemiany fazowej. Otrzymane wyniki pomiarów są nowością w skali światowej.