Kierownik Zakładu:

Zlec. 203 Istotna nieliniowość i symetria w układach dynamicznych.

Zlec. 204 Badania struktury i właściwości nanowłókien polimerowych formowanych metodą przędzenia w polu elektrycznym jako rusztowania do hodowli komórek. Modelowanie oddziaływań tkanka kostna-biomateriał. Teoretyczne badania kształtowania się struktury nanoskopowej polimerów w różnych warunkach termodynamicznych.

Zlec. 205 Metody optyczne w nanotechnologii,nanofotonika i plazmonika ośrodków metamateriałowych.

Zlec. 206 Sensory ultradźwiękowe do badania własności fizycznych materiałów.

Tematy i opis badań wykonywanych w ramach zlecenia 203:

Istotna nieliniowość i symetria w układach dynamicznych.

Celem badań nad symetriami i prawami zachowania, układami polowymi i mechanicznymi z dużymi grupami symetrii jest pogłębiona analiza dynamiki układów o dużych grupach symetrii, o elementach indeksowanych przez funkcje dowolne oraz grupy symetrii funkcjonałów działania opartych na formach kwadratowych od pochodnych, ale ze współczynnikami nieredukowalnie zależnymi od konfiguracji. Między obydwoma typami zachodzi ścisły związek, prowadzący do istotnej nieliniowości teorii, która nie jest małą poprawką do liniowego tła. Analiza tych nieliniowości wymaga użycia innych metod opartych na teorii grup i układów dynamicznych. Prowadzona będzie dalsza analiza związku między symetrią a nieliniowością zagadnienia. Ze względu na to, że w nano-fizyce istotne są zagadnienia kwantowe, naszym celem jest opracowanie teorii pola i teorii defektów z lokalną grupą SU(2,2) jako grupą symetrii. Głównym efektem będzie sformułowanie modeli z cechowaniem dla teorii pola i teorii defektów oraz porównawcza analiza modeli z kilkoma apriori narzucającymi się grupami symetrii. Aspekty praktyczne mogą dotyczyć nano-fizycznych zjawisk zachodzących w fullerenach i grafenach.

Podjęte są prace nad sformułowaniem kwantowej teorii ośrodków w oparciu o wcześniej opracowane modele klasyczne i quasi-klasyczne. Podejście to może być szczególnie użyteczne zagadnieniach dotyczących mikro- i nano-skali ze względu na możliwość stosowania pojęć klasycznych, ale zgodnych jakościowo i ilościowo z naturą kwantową. Zbadany będzie kwantowy układ wielu ciał sztywnych jako model kryształu molekularnego, a w granicy klasycznego kontinuum – ośrodka mikro-polarnego. W podobny sposób badany będzie układ kwantowych ciał afinicznie sztywnych. W teorii ośrodków odpowiada to kryształowi molekularnemu z mikro-deformacją ziaren. Badania prowadzą do sformułowania kwantowej teorii ośrodków pracującej na poziomie nano-fizyki i zastosowania kwantowego rachunku zaburzeń.

Prowadzona będzie analiza istotnie nieliniowych efektów w zagadnieniach transportu w układach złożonych, płynach kwantowych i w farmakokinetyce. Zastosowana metoda oparta jest na modelu quasi-cząstek o dynamice rządzonej statystycznym równaniem Boltzmanna. Wielomomentowy układ równań zostanie zamknięty przy pomocy postulatu maksimum entropii. Prowadzona będzie analiza procesów nieodwracalnych z zastosowaniem równania typu uogólnionego równania Van der Waalsa. Planowane są dalsze prace w zakresie farmakokinetyki opartej na istotnie nieliniowym układzie równań różniczkowych, bez wyróżnionego tła liniowego, z uwzględnieniem cykli granicznych. Analiza oparta na równaniach nieperturbacyjnie nieliniowych zawierać będzie metody przybliżone i komputerowe.

Zlecenie 203 realizowane jest w Pracowni Mechaniki Analitycznej i Teorii Pola.

Tematy i opis badań wykonywanych w ramach zlecenia 204:

Badania struktury i właściwości nanowłókien polimerowych formowanych metodą przędzenia w polu elektrycznym jako rusztowania do hodowli komórek. Modelowanie oddziaływań tkanka kostna-biomateriał. Teoretyczne badania kształtowania się struktury nanoskopowej polimerów w różnych warunkach termodynamicznych.

Prowadzone będą badania doświadczalne i teoretyczne nad kształtowaniem się struktury nadmolekularnej i morfologii polimerów na poziomie nanoskopowym, mającej zasadniczy wpływ na właściwości mechaniczne, fizyczne i użytkowe polimerów. Kontynuowane będą badania funkcjonalności biologicznej formowanych rusztowań do hodowli komórkowych w warunkach in vitro, w tym badania nad wpływem struktury powierzchni jak i wnętrza nanowłókien otrzymywanych metodą elektroprzędzenia. Celem tych badań jest systematyczna analiza struktury molekularnej i nadmolekularnejnanowłókien polimerowych w zależności od parametrów procesu elektroprzędzenia. Badania będą rozszerzone na elektroprzędzenienanowłókien i włókien submikronowych z roztworów zawierających różne polimery biodegradowalne stanowiących dodatki zwiększające, poprzez swoją budowę chemiczną, aktywność biologiczną włóknin względem żywych komórek. Dodatkowo podjęta jest też tematyka dotycząca modelowania oddziaływań pomiędzy tkanką kostną a biomateriałem w formie implantu.

W zakresie prac teoretycznych kontynuowane będą badania kinetycznej teorii krystalizacji niestacjonarnej w różnych warunkach termodynamicznych z zastosowaniem modelu nukleacyjnego. Kontynuowanie tematyki w tym zakresie na obecnym etapie ma na celu poznanie kinetyki i mechanizmów kształtowania się struktury polimerów w warunkach zmiennej temperatury i naprężenia. Warunki te mają kluczowe znaczenie w procesach formowania włókien, włóknin i folii, a także w sterowaniu kształtowaniem się struktury i morfologii polimerów poprzez odpowiedni dobór warunków procesów technologicznych. Podjęte będą zagadnienia teorii krystalizacji nieizotermicznej związane z rolą podstawowych parametrów w kinetyce procesu nieizotermicznego i symulacji komputerowej kinetyki przemiany. Badania dotyczące kinetyki krystalizacji mają na celu sformułowanie modeli przemian struktury w procesach zachodzących z różnymi szybkościami chłodzenia lub grzania.

Zlecenie 204 realizowane jest w Pracowni Fizyki Polimerów.

Tematy i opis badań wykonywanych w ramach zlecenia 205:

Metody optyczne w nanotechnologii, nanofotonika i plazmonika ośrodków metamateriałowych.

Standardowe techniki wizualizacji optycznej wykorzystują podstawowe parametry pola optycznego, a wśród nich i gęstość spinowego momentu pędu, związanego z eliptyczną polaryzacją pola. Jednakże wiązki światła, ze względu na ich skończony przekrój poprzeczny, charakteryzują się również orbitalnym momentem pędu, w szczególności związanym z zagrzebanymi w ich polu wirami optycznymi. Głównym celem badań jest analiza własności takich wektorowych wiązek i wirów optycznych w obecności planarnych, periodycznych struktur nanofotoniki i plazmoniki, jak również zbadanie możliwości ich zastosowań w procesach nanowizualizacji.

Przede wszystkim zbadane zostanie zjawisko konwersji pomiędzy składowymi – spinowym i orbitalnym – momentu pędu takich wiązek i wirów optycznych i jego wpływ na działanie elementów nanofotoniki i plazmoniki. W badaniach zostanie uwzględniony szczególnie interesujący rodzaj nanomatriałów, jakimi są metamateriały, z ich nietypowymi własnościami w rodzaju ujemnej dyfrakcji, czy ujemnej refrakcji. Przeanalizowane zostaną możliwości zastosowań takich materiałów w celu zwiększenia zdolności rozdzielczej układów optycznych wykorzystywanych w procesach wizualizacji materiałowych i biologicznych nanostruktur.Przedstawiony temat badawczy stanowi rozwinięcie badań teoretycznych, a ostatnio również i eksperymentalnych, prowadzonych w okresie ostatnich kilku lat w Zespole Badawczym Nanofotoniki nad wybranymi zagadnieniami z zakresu nanofotoniki i plazmoniki.

Zlecenie 205 realizowane jest w Zespole Badawczym Nanofotoniki.

Tematy i opis badań wykonywanych w ramach zlecenia 206:

Sensory ultradźwiękowe do badania własności fizycznych materiałów.

Badania przewidywane do realizacji w Zespole Badawczym Akustoelektroniki w roku 2013 będą kontynuacją badań prowadzonych w roku 2012. W ramach zadań na rok 2013 przewiduje się dalsze pogłębienie podstaw teoretycznych projektowania sensorów ultradźwiękowych własności fizycznych ciał stałych cieczy. Opracowana zostanie teoria oddziaływania fali Love’a z cieczą lepką Newtonowską (zagadnienie proste i odwrotne). Ma to fundamentalne znaczenie przy projektowaniu i konstrukcji sensorów (biosensorów) właściwości fizycznych cieczy. Kontynuowane będą badania własności fizycznych cieczy w warunkach dużych ciśnień hydrostatycznych. Z pomiarów tych można będzie określić szereg parametrów termodynamicznych cieczy trudnych do wyznaczenia innymi metodami. Badania te mogą znaleźć praktyczne zastosowanie np. w wysokociśnieniowej konserwacji i przetwarzaniu żywności. Ponadto badane będą przemiany fazowe zachodzące w olejach roślinnych poddanych działaniu wysokich ciśnień. Będą też kontynuowane prace nad zastosowaniem Metody Odwrotnej w sensorach ultradźwiękowych. Metoda Odwrotna polega na konstrukcji odpowiedniej funkcji celu (objectivefunction) oraz wykorzystaniu metod optymalizacyjnych.

Wyniki badań mogą znaleźć zastosowanie w badaniach materiałów stosowanych w przemyśle lotniczym, maszynowym, metalurgicznym, elektronicznym w mechatronice, w biomateriałach w medycynie oraz w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym. W wyniku prowadzonych prac powstaną publikacje, materiały do publikacji oraz materiały konferencyjne.

Zlecenie 206 realizowane jest w Zespole Badawczym Akustoelektroniki.