Neravnovesna koloidna topološka mehka snov

Neravnovesna mehka snov je danes aktivno raziskovalno področje v fiziki in multidisciplinarnem naravoslovni znanosti. Aktivni in gnani gradniki – tako biološki kot umetni – so v jedru aktivne snovi in se gibajo z izkoriščanjem zunanje energije, ki jo zagotavlja okolje, bodisi prek kemične energije, materialnega toka ali zunanjih polj. V središču razvoja novih neravnovesnih materialov je sposobnost nadzora dinamike, interakcije in sestavljanja gnanih aktivnih snovi. V tem projektu želimo razviti in raziskati nove neravnovesne koloidne materiale tako, da jih izpostavimo anizotropnemu okolju kompleksnih nematskih tekočin v mikrofluidnih kanalčkih. Takšni koloidni materiali ustvarjajo topološke defektne linije, ki jih mikrofluidni tok in zunanja polja poženejo iz ravnovesja. Topološki defekti so vseprisotni v neravnovesnih nematskih tekočinah in so v treh dimenzijah v obliki linij, imenovanih tudi disklinacije. V zadnjem času je bil dosežen napredek pri teoretičnem razumevanju dinamike disklinacij, njihovih interakcij in strukturne karakterizacije, pa tudi eksperimentalni preboj pri ustvarjanju aktivnih disklinacij in nadzoru dinamike disklinacij in stabilnosti izven ravnovesja. Na podlagi teh dosežkov predlagamo nov metodološki pristop, ki temelji na simulaciji disklinacij kot elastičnih objektov z izrazito dinamiko, interakcijami in prevezovalnimi dogodki. Združili bomo razvit metodološki pristop in napredne eksperimente o dinamiki disklinacijskih linij okoli koloidnih delcev, fiksiranih v mikrofluidnih kanalih. Z uporabo novih tehnik 3D tiskanja koloidnih mikrodelcev s kompleksnimi oblikami (prilagajanje robnih profilov, topologije delcev, povezanih delcev) in mikrofluidne ograditve bomo ustvarili disklinacijske linije z različnimi topološkimi in strukturnimi lastnostmi ter jih z uporabo mikrofluidnih tokov in električnih polij deformirali daleč od ravnovesja. Numerični model bomo uporabili za določitev glavnih mehanizmov dinamike defektnih linij in oblikovali potrebne krmilne mehanizme za krmiljenje, pogon in interakcijo koloidnih delcev. Naredili bomo suspenzije več koloidnih delcev, kjer bo mikrofluidni tok ustvaril močno popačene defektne linije, kar bo pomagalo pri interakciji in sestavljanju v koloidne kristale in amorfno snov. Izrazito neravnovesna narava takšne strukture bo vodila do nenehnega preoblikovanja omrežij defektnih linij in položajev delcev, z mehkim odzivom na zunanja polja in lastnostmi samodejnega popravljanja napak. Projekt je namenjen razvoju nove neravnovesne odzivne koloidne snovi z novimi mehanizmi sestavljanja strukture in odziva na zunanja polja.