Mintázatképződés, önszerveződés csapadékrendszerekben és a mintázatok tervezése és vezérlése mikro- és nanoskálán = Pattern formation and self-organization in precipitation systems, design and control of patterns in the micro and nanoscales

摘要

A projektben a csapadékmintázatok képződését vizsgáltuk. Mintázatképződés változatos térbeli skálán mehet végbe és a mintázatképződés dinamikájának megértésre nagyon fontos, mert ezekkel az ismeretekkel különleges és különféle tulajdonságú anyagot lehet tervezni az anyagtudományokban. Több technikát fejlesztettünk ki a csapadékmintázatok tervezésére és vezérlésére reakció-diffúzió rendszerekben. A kifejlesztett módszerek a következők: (i) a mintázat vezérlése előre programozott elektromos árammal; (ii) a mintázat kontrollja oldhatósági szorzat változtatásával; (iii) a mintázat kontrollja a gél struktúrájának változtatásával; (iv) a mintázat kontrollja mozgó kémiai frontban; a mintázatok vezérlése pH mező segítségével. Ezenfelül, egy új párhuzamosítási platformot fejlesztettünk ki videokártyák használatával CUDA környezetben. Ez az új technika hasznos lehet számos tudományos probléma numerikus megoldásának gyorsításában. | During this project important aspects of the pattern formation in precipitation systems were investigated. Spontaneous pattern formation can be observed at all length scales and much effort has been devoted to gaining insight into the dynamics of theses processes because of design of special materials. We proposed and developed several techniques to control precipitation patterns in reaction-diffusion systems. The developed methods are following: (i) pattern control using predesigned electric currents; (ii) pattern control varying the precipitation threshold (solubility product); (iii) pattern control varying the gel structure; (iv) pattern control in a moving reaction front; (v) pattern control by pH field. Moreover, a new parallel computational framework has also been developed using video card with CUDA for simulation reaction-diffusion processes. This new approach can be useful to accelerate numerical simulations of the scientific problems.