CAREER: Dynamics of Binary Anisotropic Magnetic Colloids

职业:二元各向异性磁胶体动力学

基本信息

  • 批准号:
    2338064
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 58.8万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2024
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2024-01-15 至 2028-12-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

This award will address one of the main challenges in colloid science by developing a quantitative and numerical framework to model the equilibrium and dynamics of suspensions composed of particles with different shapes and material properties and their interactions in magnetic fields. The project will establish the connections between the interacting particles with different shapes and their arrangement under the influence of a magnetic field. The interrelation between the interacting particles to generate a dynamic actuation of the structures will be determined. The fundamental insights obtained through this project will help realize the potential of anisotropic colloids in different applications, such as tunable materials and multi-actuating nanorobots, polarized surfaces, magneto-rheology, active suspensions, drug delivery, and magnetic hyperthermia, among others. Additionally, this award will promote the participation of underrepresented groups through activities for local school students and undergraduate students at the University of Alabama in Huntsville, developing course content in English and Spanish. Moreover, creating video and animated content on colloidal interactions and nanorobot manipulation in magnetic fields will educate the general public on how these interactions play an important role in colloidal technologies and how these assembled structures may affect our future life. This award will systematically advance the understanding of colloidal suspensions composed of ellipsoids by establishing new approaches to analyze and quantify the interactions of non-symmetric anisotropic colloidal particles, using binary systems to promote structures with different spatial order and orientational symmetry, and generating a theoretical framework that will enable a rational approach to novel applications. The project will develop a strong research program with a novel quantitative and numerical framework, using unit quaternion parameters and the novel ellipsoid-dipole approximation, to model the equilibrium and dynamic behavior of suspensions composed of ellipsoids with different shapes and material properties under the influence of magnetic fields. The project will develop a systematic analysis quantifying the interaction energy, force, and torque of ellipsoids with different shapes and material properties as a function of their relative positions and orientations. Furthermore, this award will advance the fundamental understanding of hydrodynamics, rheology, and nanotechnology by generating models that describe assembly of multi-actuating micro and nanorobots composed of ellipsoids and enabling rational approaches to advancing applications in assembly of polarized surfaces.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该奖项将通过开发一个定量和数值框架来建模由具有不同形状和材料特性及其在磁场中的相互作用的悬浮液的平衡和动力学建模,以解决胶体科学的主要挑战之一。该项目将在磁场的影响下建立具有不同形状的相互作用粒子与它们的排列之间的连接。将确定相互作用的粒子之间的相互关系,以生成结构的动态致动。通过该项目获得的基本见解将有助于实现各向异性胶体在不同应用中的潜力,例如可调材料和多发纳米机器人,偏振面,磁性漏洞,主动悬浮液,药物递送和磁性超强,等等。此外,该奖项将通过在阿拉巴马大学亨茨维尔大学的当地学校学生和本科生的活动来促进代表性不足的团体的参与,以英语和西班牙语开发课程内容。此外,在磁场中创建有关胶体相互作用和纳米机器人操纵的视频和动画内容将教育普通公众这些相互作用如何在胶体技术中发挥重要作用,以及这些组装结构如何影响我们的未来生活。该奖项将通过建立新方法来分析和量化非对称各向异性胶体粒子的相互作用,从而系统地提高对由椭圆形组成的胶体悬浮液的理解,并使用二进制系统使用二进制系统来促进具有不同空间秩序和方向对称性的结构,并为一种理论框架提供一种对新颖的应用程序的理论框架。该项目将使用单位Quaternion参数和新型的椭圆形 - 偶极近似,开发一个具有新颖的定量和数值框架的强大研究计划,以模拟由具有不同形状和材料在磁场影响下的椭圆形组成的悬浮液的平衡和动态行为。该项目将开发系统分析,以量化具有不同形状和材料特性的椭圆形的相互作用能量,力和扭矩,这是其相对位置和方向的函数。此外,该奖项将通过生成模型来提高对流体动力学,流变学和纳米技术的基本理解,这些模型描述了组成的多态度和纳米机器人组成的组成的椭圆形和由椭圆形组成的构成,并能够通过促进跨度奖励的授权来促进nsf ofderity nisturip of nsf ofderial the Internition deem的奖励,并能够通过理性的应用来推进。和更广泛的影响审查标准。

项目成果

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