Dynamics of elastic surfactants

弹性表面活性剂的动力学

基本信息

  • 批准号:
    2226310
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 50.04万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-02-01 至 2026-01-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Natural examples of thin, flexible objects floating at the surface of a fluid include leaves, fibers, and insects. This award seeks to understand the phenomena surrounding the process of attachment of these flexible filaments and sheets to the liquid interface. Apart from advancing the fundamental physics behind these ubiquitous natural processes, this understanding will lay a foundation for the use of sheets and filaments as surface barriers that allow the separation of two liquids. While this surfactant function is traditionally achieved in technological processes by deploying appropriate molecules or nanoparticles, using sheets to wrap and protect a liquid cargo, or sequester a toxic droplet from its surroundings, offers significant advantages. An annual workshop on pattern formation in fluids and flexible elastic materials, a topic closely aligned with the themes of this award, will be organized for middle- and high-school science teachers.This is a joint experimental and theoretical research to explore dynamics of the adsorption of highly flexible solid sheets at fluid-fluid interfaces. The proposed research study novel dynamical aspects of elasto-capillary phenomena on the dynamics associated with the adsorption of an elastic sheet or filament to a viscous interface. Addressing the puzzles associated with this essential kinetic step lay bare some fundamental issues in interfacial dynamics of flexible elements. While previous studies of fluid-structure interaction have focused on regimes where shear and capillary forces are balanced by bending moments within a flexible element, this award will address the important, but unexplored regime of highly bendable objects where fluid-generated forces are naturally much larger than the bending rigidity. Both graduate and undergraduate students will participate in the research and have the benefit of exposure to theoretical and experimental efforts. In addition, outreach efforts to train both graduate and undergraduate students in the associated science topics will be conducted by organizing targeted summer schools.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.
漂浮在流体表面的薄而柔软的物体的自然例子包括树叶、纤维和昆虫。该奖项旨在了解这些柔性长丝和片材附着到液体界面的过程中的现象。除了推进这些无处不在的自然过程背后的基础物理学之外,这种理解将为使用薄片和细丝作为允许分离两种液体的表面屏障奠定基础。虽然这种表面活性剂功能传统上是通过部署适当的分子或纳米颗粒在技术过程中实现的,但使用片材包裹和保护液体货物,或将有毒液滴与其周围环境隔离,提供了显着的优势。与本奖项的主题密切相关的流体和柔性弹性材料中的图案形成研讨会,每年面向初中和高中理科教师举办。这是一项实验和理论研究的联合研究,旨在探索高柔性固体片在流体-流体界面上的吸附动力学。 拟议的研究研究新的动力学方面的弹性毛细现象的动力学与吸附的弹性片或细丝的粘性界面。解决与这一基本动力学步骤相关的难题暴露了柔性元件界面动力学中的一些基本问题。 虽然之前对流体与结构相互作用的研究主要集中在剪切力和毛细力通过柔性元件内的弯曲力矩平衡的状态,但该奖项将解决高度可弯曲物体的重要但尚未探索的状态,其中流体产生的力自然比弯曲刚度大得多。 研究生和本科生都将参与研究,并受益于理论和实验工作。此外,还将通过组织有针对性的暑期学校,为研究生和本科生提供相关科学主题的培训。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

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