Microstructure – Fluid Dynamics
Ansprechpartner: Dr.-Ing. Fei Wang, Dr. Haodong Zhang
Forschung
Die Forschungsaktivitäten der Gruppe von Dr.-Ing. Fei Wang fokussieren sich auf die mikrostrukturelle Entwicklung von Phasen in Verbindung mit einer fluiden Dynamik und der Phasentransformation in unvermischbaren Flüssigkeiten und nanoporösen Strukturen. Das Forschungsziel ist es, Eindrücke über die Kinetik mikrostruktureller Evolutionen und Muster, welche sich im Gleichgewicht oder Ungleichgewicht befinden, zu erhalten. Dabei bleibt die Herausforderung, theoretische Berechnungen mit numerischen Simulationen oder experimentellen Ergebnissen zu verbinden, da die Korrektheit der Simulation von den gegebenen thermodynamischen und kinetischen Daten abhängt. Anwendung findet die Forschung in der industriellen Produktion, wie beispielsweise beim Tintenstrahldrucker oder der Herstellung von Nanopartikeln.
Durch die Anwendung der Phasenfeldmethode konzentriert sich die Forschung der Gruppe auf den mikrostrukturellen Evolutionsprozess, bei dem sowohl die Fluiddynamik als auch die Diffusion vorhanden sind. Zwei unterschiedliche Phasenfeldansätze, nämlich Cahn-Hilliard- und Allen-Cahn-Modelle, die mit Navier-Stokes-Gleichungen gekoppelt sind, werden angewendet, um bestimmte physikalische Probleme zu modellieren. Die Gruppe arbeitet an den folgenden Forschungsschwerpunkten.
Benetzung
Es werden verschiedene Benetzungsphänomene wie reaktive Benetzung beim Löten, Trägheitsbenetzung auf strukturierten Strukturen und Benetzungsübergänge in Abhängigkeit von der Temperatur oder der Zusammensetzung berücksichtigt.
Grenzflächeninstabilität
In der Fluiddynamik besteht eine typische Grenzflächeninstabilität darin, dass das Wasser beim Öffnen eines Wasserhahns zu rinnen beginnt und in eine Tröpfchenkette zerfällt. Ähnlich kann ein dünner Flüssigkeitsfilm auch in Tröpfchen oder Flüssigkeitsringe zerfallen. Das Problem wird komplexer, wenn die flüssige Phase mit einer festen Phase in Kontakt steht, wobei der Benetzungsmechanismus berücksichtigt werden muss. Zu diesem Thema werden Grenzflächenentwicklungen und -instabilitäten untersucht, indem theoretische Modelle entwickelt und numerische Simulationen durchgeführt werden, die auf den Phasenfeldmethoden basieren.
Bildung poröser Strukturen aus Polymerlösungen
Poröse Strukturen können durch spinodale Zersetzung aus Polymerlösungen gebildet werden. Während des Strukturbildungsprozesses werden zwei Stufen angenommen: In der ersten Stufe wird die Lösung als flüssige Phase betrachtet, in der die Oberflächenspannung und der Phasenübergang die mikrostrukturelle Entwicklung dominieren. In der zweiten Stufe findet eine Gelierung statt, bei der die aus der Phasentrennung resultierenden Tröpfchen fest sind. Hierbei müssen viskoelastische Eigenschaften berücksichtigt werden. Für diesen Strukturbildungsprozess soll ein thermodynamisch konsistentes Phasenfeldmodell entwickelt werden.
Erstarrung
Das Phasenfeldmodell wird so angepasst, dass der Phasenübergang beispielsweise beim Dendritenwachstum, der monotektischen Reaktion, der peritektischen Reaktion und der eutektischen Reaktion untersucht werden kann, wo Diffusion und Konvektion eine Rolle spielen.
Starrkörperbewegung
Im Gegensatz zu den Partikeln aus weicher Materie mit endlichen Verformungen im Bildungsprozess poröser Strukturen werden hier Starrkörperpartikel betrachtet, bei denen die Verformung Null ist. Zu diesem Thema wird derzeit ein Phasenfeldmodell entwickelt.
Name | Tätigkeit |
---|---|
Zhang, Haodong | Wissenschaftliche Mitarbeiter |
Farzaneh Kalourazi, Saeideh | Wissenschaftliche Mitarbeiterin |
Dargahi Noubary, Kaveh | Wissenschaftlicher Mitarbeiter |
3 weitere Personen sind nur innerhalb des KIT sichtbar. |
Cai, Y.; Wang, F.; Zhang, H.; Nestler, B.
2024. Journal of Physics: Condensed Matter, 36, Article no: 495702. doi:10.1088/1361-648X/ad7660
Aurbach, F.; Wang, F.; Nestler, B.
2024. The Journal of Chemical Physics, 161 (16), Art.-Nr. : 164708
Cai, Y.; Wang, F.; Nestler, B.
2024. Advanced Engineering Materials, 26 (17), 2302082. doi:10.1002/adem.202302082
Zhang, H.; Wang, F.; Nestler, B.
2024. The Journal of Chemical Physics, 161 (4). doi:10.1063/5.0203527
Wang, F.; Nestler, B.
2024. arxiv. doi:10.5445/IR/1000176219
Zhang, H.; Zhang, H.; Wang, F.; Nestler, B.
2024. ChemPhysChem, Art.-Nr.: 202400086. doi:10.1002/cphc.202400086
Zhang, H.; Wang, F.; Nestler, B.
2024. Journal of Computational Physics, 505, 112907. doi:10.1016/j.jcp.2024.112907
Wang, F.; Nestler, B.
2024. Physical Review Letters, 132 (12), Art.-Nr.: 126202. doi:10.1103/PhysRevLett.132.126202
Wu, Y.; Wang, F.; Zheng, S.; Nestler, B.
2024. Soft Matter, 20 (7), 1523–1542. doi:10.1039/D3SM01553J
Zhang, H.; Wang, F.; Ratke, L.; Nestler, B.
2024. Physical Review E, 109 (2), 024208. doi:10.1103/PhysRevE.109.024208
Arya, P.; Wu, Y.; Wang, F.; Wang, Z.; Cadilha Marques, G.; Levkin, P. A.; Nestler, B.; Aghassi-Hagmann, J.
2024. Langmuir, 40 (10), 5162–5173. doi:10.1021/acs.langmuir.3c03297
Wu, Y.; Urrutia Gómez, J. E.; Zhang, H.; Wang, F.; Levkin, P. A.; Popova, A. A.; Nestler, B.
2024. Droplet, 3 (1), Art.-Nr. e94. doi:10.1002/dro2.94
Zhang, H.; Wu, Y.; Wang, F.; Nestler, B.
2023. The Journal of Chemical Physics, 159 (16). doi:10.1063/5.0168394
Cai, Y.; Wang, F.; Czerny, A.; Seifert, H. J.; Nestler, B.
2023. Acta Materialia, 258, 119178
Cai, Y.; Wang, F.; Czerny, A.; Seifert, H. J.; Nestler, B.
2023. Acta Materialia, 258, Art.-Nr.: 119178. doi:10.1016/j.actamat.2023.119178
Wang, F.; Zhang, H.; Wu, Y.; Nestler, B.
2023. Journal of Fluid Mechanics, 970, Art.Nr.: A17. doi:10.1017/jfm.2023.561
Yang, Q.; Tang, F.; Wang, F.; Tang, J.; Fan, Z.; Ma, T.; Su, Y.; Xue, J.
2023. Measurement: Journal of the International Measurement Confederation, 218, Art.Nr.: 113220. doi:10.1016/j.measurement.2023.113220
Wang, F.; Wu, Y.; Nestler, B.
2023. Advanced Materials, 35 (25), Art.-Nr.: 2210745. doi:10.1002/adma.202210745
Zhang, H.; Wang, F.; Nestler, B.
2023. Physical review / B, 108 (5), Art.-Nr.: 054121. doi:10.1103/PhysRevE.108.054121
Bohr, S. J.; Wang, F.; Metze, M.; Vukušić, J. L.; Sapalidis, A.; Ulbricht, M.; Nestler, B.; Barbe, S.
2023. Frontiers in Sustainability, 4, 1093911
Bohr, S. J.; Wang, F.; Metze, M.; Vukušić, J. L.; Sapalidis, A.; Ulbricht, M.; Nestler, B.; Barbe, S.
2023. Frontiers in Sustainability, 4, Art.-Nr.: 1093911. doi:10.3389/frsus.2023.1093911
Schilling, M. P.; El Khaled El Faraj, R.; Urrutia Gómez, J. E.; Sonnentag, S. J.; Wang, F.; Nestler, B.; Orian-Rousseau, V.; Popova, A. A.; Levkin, P. A.; Reischl, M.
2023. Scientific Reports, 13, Article no: 5107. doi:10.1038/s41598-023-32144-z
Wiedmann, J. J.; Demirdögen, Y. N.; Schmidt, S.; Kuzina, M. A.; Wu, Y.; Wang, F.; Nestler, B.; Hopf, C.; Levkin, P. A.
2023. Small, 19 (9), Art.Nr. 2204512. doi:10.1002/smll.202204512
Farzaneh Kalourazi, S.; Wang, F.; Zhang, H.; Selzer, M.; Nestler, B.
2022. Journal of Physics: Condensed Matter, 34 (44), Art.-Nr.: 444003. doi:10.1088/1361-648X/ac8b4d
Zhang, H.; Wang, F.; Nestler, B.
2022. Langmuir, 38 (22), 6882–6895. doi:10.1021/acs.langmuir.2c00308
Wu, Y.; Wang, F.; Huang, W.; Selzer, M.; Nestler, B.
2022. Physical Review Fluids, 7 (5), Art.-Nr.: 054004. doi:10.1103/PhysRevFluids.7.054004
Laxmipathy, V. P.; Wang, F.; Selzer, M.; Nestler, B.
2022. Metals, 12 (3), Art.-Nr.: 376. doi:10.3390/met12030376
Wu, Y.; Kuzina, M.; Wang, F.; Reischl, M.; Selzer, M.; Nestler, B.; Levkin, P. A.
2022. Journal of Colloid and Interface Science, 606, 1077–1086. doi:10.1016/j.jcis.2021.08.029
Dong, Z.; Cui, H.; Zhang, H.; Wang, F.; Zhan, X.; Mayer, F.; Nestler, B.; Wegener, M.; Levkin, P. A.
2021. Nature Communications, 12 (1), Art:nr. 247. doi:10.1038/s41467-020-20498-1
Reder, M.; Schneider, D.; Wang, F.; Daubner, S.; Nestler, B.
2021. International Journal for Numerical Methods in Fluids, 93 (8), 2486–2507. doi:10.1002/fld.4984
Wang, F.; Ratke, L.; Zhang, H.; Altschuh, P.; Nestler, B.
2021. Journal of sol gel science and technology, 99 (1), 273. doi:10.1007/s10971-021-05565-3
Laxmipathy, V. P.; Wang, F.; Selzer, M.; Nestler, B.
2021. Acta materialia, 204, Art.-Nr.: 116497. doi:10.1016/j.actamat.2020.116497
Zhang, H.; Wu, Y.; Wang, F.; Guo, F.; Nestler, B.
2021. Langmuir, 37 (17), 5275–5281. doi:10.1021/acs.langmuir.1c00275
Scheiger, J. M.; Kuzina, M. A.; Eigenbrod, M.; Wu, Y.; Wang, F.; Heißler, S.; Hardt, S.; Nestler, B.; Levkin, P. A.
2021. Advanced Materials, 33 (23), Art.-Nr.: 2100117. doi:10.1002/adma.202100117
Hoffrogge, P. W.; Mukherjee, A.; Nani, E. S.; Amos, P. G. K.; Wang, F.; Schneider, D.; Nestler, B.
2021. Physical review / E, 103 (3), Article no: 033307. doi:10.1103/PhysRevE.103.033307
Wang, F.; Nestler, B.
2021. Journal of Chemical Physics, 154 (9), Art.-Nr.: 094704. doi:10.1063/5.0044914
Laxmipathy, V. P.; Wang, F.; Selzer, M.; Nestler, B.
2020. International journal of heat and mass transfer, 159, Art.-Nr. 120096. doi:10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.120096
Wu, Y.; Wang, F.; Ma, S.; Selzer, M.; Nestler, B.
2020. Soft matter, 16 (26), 6115–6127. doi:10.1039/d0sm00196a
Wang, F.; Ratke, L.; Zhang, H.; Altschuh, P.; Nestler, B.
2020. Journal of sol gel science and technology, 94 (1), 356–374. doi:10.1007/s10971-020-05238-7
Pavan Laxmipathy, V.; Wang, F.; Selzer, M.; Nestler, B.; Ankit, K.
2019. Computational materials science, 170, Art.-Nr. 109196. doi:10.1016/j.commatsci.2019.109196
Wang, F.; Altschuh, P.; Ratke, L.; Zhang, H.; Selzer, M.; Nestler, B.
2019. Advanced materials, 31 (26), Art.Nr. 1806733. doi:10.1002/adma.201806733
Wu, Y.; Wang, F.; Selzer, M.; Nestler, B.
2019. Langmuir, 35 (25), 8500–8516. doi:10.1021/acs.langmuir.9b01362
Cai, Y.; Wang, F.; Selzer, M.; Nestler, B.
2019. Modelling and simulation in materials science and engineering, 27 (6), Art.-Nr.: 065010. doi:10.1088/1361-651X/ab2351
Wang, F.; Altschuh, P.; Matz, A. M.; Heimann, J.; Matz, B. S.; Nestler, B.; Jost, N.
2019. Acta materialia, 170, 138–154. doi:10.1016/j.actamat.2019.03.008
Wang, F.; Reiter, A.; Kellner, M.; Brillo, J.; Selzer, M.; Nestler, B.
2018. Acta materialia, 146, 106–118. doi:10.1016/j.actamat.2017.12.015
Santoki, J.; Schneider, D.; Selzer, M.; Wang, F.; Kamlah, M.; Nestler, B.
2018. Modelling and simulation in materials science and engineering, 26 (6), 065013. doi:10.1088/1361-651X/aad20a
Wang, F.; Matz, A. M.; Tschukin, O.; Heimann, J.; Mocker, B. S.; Nestler, B.; Jost, N.
2017. Advanced engineering materials, 19 (10), Art.Nr. 1700063. doi:10.1002/adem.201700063
Wang, F.
2017. Karlsruher Institut für Technologie (KIT). doi:10.5445/IR/1000071294
Wang, F.; Nestler, B.
2016. Scripta materialia, 113, 167–170. doi:10.1016/j.scriptamat.2015.11.002
Wang, F.; Nestler, B.
2015. Acta materialia, 95 (2), 65–73. doi:10.1016/j.actamat.2015.05.002
Wang, F.; Ben Said, M.; Selzer, M.; Nestler, B.
2015. Journal of materials science, 51 (4), 1820–1828. doi:10.1007/s10853-015-9600-1
Wang, F.; Klinski-Wetzel, K. von; Mukherjee, R.; Nestler, B.; Heilmaier, M.
2015. Metallurgical and materials transactions / A, 46 (4), 1756–1766. doi:10.1007/s11661-015-2745-3
Wang, F.; Selzer, M.; Nestler, B.
2015. Physica D: Nonlinear Phenomena, 307, 82–96. doi:10.1016/j.physd.2015.06.001
Wang, F.; Mukherjee, R.; Selzer, M.; Nestler, B.
2014. Physics of fluids, 26 (12), Art.Nr. 1.4902355. doi:10.1063/1.4902355