PostDoc in Microflows

POST DOC un EU logo ansamblis glavas logotipam

Microflows in magnetic soft matter/Mikroplūsmas magnētiskā mīkstā vidē

General information/Vispārīga informācija

Project title/Projekta nosaukums: Microflows in magnetic soft matter/Mikroplūsmas magnētiskā mīkstā vidē

Project number/Projekta līguma numurs: 1.1.1.2/VIAA/1/16/197

Project partners/Projekta sadarbības partneri:

1) University Pierre and Marie Curie Paris 6, PHENIX lab, Prof. R.Perzynski, Paris, France/

Pjēra un Marijas Kirī Parīzes 6. Universitāte, PHENIX laboratorija, Profesore R.Perzynski, Parīze, Francija

2) Max Plank Institute of Colloids and Interfaces, Molecular Biomimetics and Magnetism Biomineralization group, Dr. D.Faivre, Potsdam, Germany/Maksa Planka Koloīdu un Virsmu Institūts, Molekulārās Biomimētikas un Magnētisma Biomineralizācijas grupa, Dr. D.Faivre, Potsdama, Vācija

Project duration/Projekta īstenošanas termiņš: 2017.11.01-2020.10.31

Project funding/Projekta kopējais finansējums:

133 806,00 EUR, all for UL, of which/viss LU, no tā:

ERDF funding/ERAF finansējums: 113 735,10 EUR

State budget funding/Valsts budžeta finansējums: 13 380,60 EUR

UL funding/LU finansējums: 6 690,30 EUR

Project goal/Projekta mērķis: explain microflow physical mechanisms by developing experimental flow measuring methods and improving competence and scientific capacity of postdoc/ skaidrot mikroplūsmu fizikālos mehānismus, attīstot eksperimentālas plūsmu pētīšanas metodes, kā arī pēcdoktoranta kompetences un zinātnisko kapacitāti

Project results/Projekta rezultāti:

Project structure/Projekta struktūra:

Progress reports (in Latvian)/Progresa ziņojumi:

Nodarbība par mikrofluidiku nometnē "Alfa"

Zinātnieku nakts 2018

Hematīta kubu struktūras rotējošā laukā

IV ceturksnis (01.08.2018.-31.10.2018)

Ceturtā ceturkšņa pašā sākumā pabeigts gatavot prezentāciju un materiālus nodarbībām par mikrofluidiku nometnē Alfa. Tajās fizikas sekcijas skolēni uzzināja par mikrofluidikas fizikālajiem principiem, iemēģināja veidot savus mikrofluidikas kanālus, pārvietot tajos šķidrumus, kā arī uzzināt par mikrofluidikas esošajiem, nākotnes pielietojumiem. Tāpat skolēni tika īsi iepazīstināti ar manu pētniecības projektu [PopSci3].

Atlikušajās augustā nedēļās tika turpināts darbs pie mikrokonvekcijas parādības novērošanas eksperimentālo apstākļu uzlabošanas. Iepriekš veiksmīgākā burbuļu metode nenodrošina pilnīgu plūsmas apstādināšanu kanāliņos, tāpēc eksperimenti turpināti. Veikti pirmie aprēķini magnētiskās mikrokonvekcijas samaisīšanās platuma dinamikai. Uzsākta publikācijas sagatavošana kopā ar kolēģiem, novērtējot gravitācijas stabilizējošo ietekmi uz nestabilitāti bezplūsmas gadījumā.

Saņemta EPJ E žurnālā iesniegtā raksta recenzija. Septembrī veikti labojumi rakstā, atbilstoši recenzenta ieteikumiem, kā arī sagtavotas izsmeļošas atbildes uz recenzijā uzdotajiem jautājumiem. Tas ietvēra precīzāku problēmas un tās risinājuma izklāstu, lietoto terminu un grafiku pilnveidi. Atjaunotā raksta versija iesniegta pārskatīšanai, kā arī izvietota datu bāzē ArXiv [Pub1].

Organizēta projekta norisei ārkārtīgi nozīmīgās Daļiņu attēlu ātrumu mērīšanas (PIV) iekārtas nodošana uzlabošanas darbiem infrakstruktūras iepirkuma uzvarētāja VIDIX-Visible Dynamics AB rīcībā, sagaidot, ka uzlabotā iekārta tiks atgriezta līdz šī gada beigām, ļaujot pabeigt mikrofluidikas kanāla izveides protokolu un uzsākt PIV mērījumus.

Tāpat piedalījos Zinātnieku nakts 2018 pasākumā 28. septembrī LU Fizikas, matemātikas un optometrijas fakultātē, kam sagatavoju demonstrējumu “Ēdama mikrofluidika” (pēc publikācijas Anal. Chem. 82, 5408 (2010) pieejas), vienlaikus skaidrojot principus, esošos un nākotnes pielietojumu. Pasākumu apmekēja vairāk kā 1000 cilvēki [PopSci4].

Oktobra sākumā sagatavoju prezentāciju par eksperimentāliem mikrofluidikas pētījumiem MMML laboratorijā, ar ko uzstājos M-era.net projekta “Flexible magnetic filaments” kick-off seminārā, kurā piedalās arī laboratorijas kolēģi [LocConf3].

No oktobra otrās nedēļas devos plānotajā mobilitātē pie sadarbības partnera – PHENIX laboratorijas Sorbonas Universitātē Parīzē, Francijā. Kopumā tur pavadīju četras nedēļas. Pirmajā nedēļā tika organizēta manis vadītā Francijas-Latvijas bilaterālās sadarbības programmas Osmoze projekta vizīte, ietverot arī kolēģu Prof. A.Cēbera un pētnieces O.Petričenko mobilitāti. Nedēļas laikā tika organizēts seminārs un vairākas diskusijas, kā arī kopīgie eksperimenti. Tos turpināju arī pārējās trīs nedēļās. Tie ietvēra:

a) WP2 būtiskā fāžatdalītā magnētiskā šķidruma pilieniem piemērota parauga izveidi, jo atdalītā fāze bieži slapina virsmu. Atrasts Kapton (polyimid) materiāls, kas ļauj pilieniem saglabāt formu. Diemžēl, fāžatdalītā šķidruma stabilitāte bija ierobežota, un neļāva veikt ilglaicīgus eksperimentus. Tiek turpināts darbs pie stabilitātes nosacījumiem, lai veiktu saistītos eksperimentus.

b) Marķierdaļiņu testus magnētisko šķidrumu sistēmās. Noskaidrots, ka parastā magnētiskajā šķidrumā marķierdaļiņas neietekmē šķidrumu, savukārt, fāžatdalītā šķidruma gadījumā to virsma piesaista atdalīto fāzi, veidojot aglomerātus un neļaujot marķierdaļiņām veikt savu uzdevumu. Nepieciešami turpmāki pētījumi.

c) Izpētītas hematīta daļiņu suspensijas uzvedība rotējošos laukos, izmantojot Parīzē esošo eksperimentālo sistēmu. Novērotas interesantas kolektīvas parādības, kurās iespējama ietekme ir šķidruma plūsmām ap daļiņām.

III ceturksnis (01.05.2018.-31.07.2018)

Trešajā ceturksnī turpināta pētnieciskā darbība iepriekš iesāktās aktivitātēs, kā arī ņemta dalība virknē profesionālās izaugsmes pasākumu un daļa laika aizvadīta ikgadējā atvaļinājumā. Diemžēl, joprojām apturēta darbība WP1 ietvaros, gaidot līguma noslēgšanu par PIV sistēmas pilnveidi. Sagaidāms, ka tas notiks 4. ceturkšņa laikā, kas ļaus arī veiksmīgi pabeigt WP1.

Kamēr tiek gaidīta iepriekšējā ceturksnī WP2 ietvaros izveidotās un iesniegtās publikācijas [Pub1] recenzija no žurnāla EPJ E, turpināti magnētiskās mikrokonvekcijas mikrofluidikā pētījumi. Izmēģinātas un pārbaudītas dažādas mikrofluidikas kanālu formas, mēģinot atrast piemērotāko veidu plūsmas apturēšanai kanālā. Tas nepieciešams tālākām individuālu “pirktu” mērīšanai, gan fizikālā apraksta pārbaudei bez plūsmas. Šobrīd labākais risinājums ietver periodisku gaisa burbuļu ievadīšanu.

Sekmīgi pabeigta LU PPMF organizētā tālākizglītības programma “Ievads docētāja darbā”, iegūstot apliecību. Programmas ietvaros iegūtas zināšanas par pedagoģiskajām prasmēm un zināšanām, kas nepieciešamas darbam ar studentiem, tai skaitā, satura prezentēšanai auditorijai.

Jūnija vidū apmeklēts IV Pasaules Latviešu zinātnieku kongress, uzzinot daudz par zinātnes attīstības tendencēm Latvijā un pasaulē, kā arī iegūstot plašu Latvijas zinātnieku kontaktu tīklu.

Jūnija beigās Francijas-Latvijas Bilaterālās sadarbības programmas Osmoze manis vadīta projekta ietvaros organizēta Francijas pētnieku no Sorbonas Universitātes vizīte, kā arī zinātnisks seminārs. Zinātnisko semināru apmeklēja gan laboratorijas pārstāvji, gan citi interesenti. Arī es tajā uzstājos ar prezentāciju [LocConf2]. Vizītes ietvaros veiktas diskusijas un eksperimenti ar fāžatdalītiem magnētiskiem šķidrumiem, kas būtiski WP2 realizācijā. Vienlaikus pārrunāts sadarbības līguma noslēgšanas progress, kas kavējas institūciju birokrātiskas neizpratnes dēļ, kā arī nolemts manu pētniecības vizīti PHENIX laboratorijā par fāžatdalītu magnētisku šķidrumu pētījumiem organizēt oktobrī.

Jūlija beigās sagatavoti uzdevumi un prezentācija par mikrofluidikas sistēmu izveidi, kas augusta sākumā tiks doti mācību priekšmetu olimpiāžu uzvarētāju un skolēnu zinātniskās konferences laureātu vasaras skolas – nometnes "Alfa" fizikas sekcijas dalībniekiem. Uzdevumi balstīti uz publikācijā Anal. Chem. 82, 5408 (2010) piedāvāto mikrofluidikas kanālu izveides metodi ar pārtikā izmantotu želeju.

II ceturksnis (01.02.2018.-30.04.2018)

Otrā ceturkšņa sākumā tika paveikti divi iepriekšējā ceturksnī iesākti uzdevumi. Pirmkārt, tika organizēta un vadīta LU 76. konferences sekcijas sēde “Kolokvijs - 50 gadi magnētisma pasaulē” (http://mmml.lu.lv/pieteikties-konferencei, pieejams arī video ieraksts), kuras ietvaros uzstājos arī ar mutisku referātu [LocConf1]:

Otrkārt, februāra otrajā nedēļā devos uz COST akcijas (MP1305) organizētu konferenci “Flowing Matter 2018” Lisabonā, Portugālē, kurā uzstājos ar mutisku referātu [Conf2].

Konferences ietvaros iepazinos ar vairāk nekā 100 zinātnieku no dažādām Eiropas valstīm jaunākajiem pētījumiem “Flowing matter” jeb plūstošas vides tematikā, kur aktuālākie temati saistīti ar aktīvu vidi un dažādām kompleksām sistēmām.

Darbs pie jaunās mikrofluidikas sistēmas izveides un testēšanas (WP1) šobrīd nedaudz iepauzēts, jo kavējas projekta pilnvērtīgai realizēšanai svarīgās PIV (daļiņu attēlu ātrumu mērīšanas) iekārtas iepirkums. Tas nepieciešams mikrofluidikas sistēmas testiem eksperimenta apstākļos, kā arī pārējo WP realizācijai.

Tā vietā veikti tālāki magnētiskās mikrokonvekcijas pētījumi WP2 tematikā, izmantojot agrāk lietoto mikrofluidikas sistēmu. Eksperimentāli izpētīta gravitācijas ietekme vertikāli novietotai sistēmai, kurā blīvākais magnētiskais šķidrums atrodas zem nemagnētiskā šķidruma – ūdens. Tika noteikts, ka mikrokonvekcijas parādībai nepieciešamai kritiskais lauks pieaug, ja palielinās šķidrumu blīvumu starpība un ja palielinās mikrofluidikas plūsma kanāliņos. Šie parametri raksturoti un salīdzināti ar kolēģa A.Tatuļčenkova papildināto modeli, kurā problēmu kopumu iespējams reducēt uz diviem bezdimensionāliem parametriem – magnētisko un gravitācijas Releja skaitļiem. Rezultāti apkopoti publikācijā, kas iesniegta žurnālam European Physical Journal E: Soft Matter and Biological Physics publicēšanai tematiskajā krājumā “Flowing matter: a topical issue on problems and applications”, kas tiek organizēts COST akcijas MP1305 ietvaros. Šobrīd raksts tiek recenzēts.

Publiskai pieejamībai raksts ievietots preprintu datu bazē arXiv [Pub1].

Lai organizētu tālāku pētniecības darbu un veicinātu sadarbības līguma noslēgšanu ar PHENIX laboratoriju Francijā, aprīļa sākumā devos īsā komandējumā uz Parīzi. Tā laikā tika noskaidrota piemērotākā marķierdaļiņu virsmas apstrāde, lai nekaitētu magnētisku šķidrumu stabilitātei. Veiktas pārrunas par plānoto pētniecības vizīti, kas, visticamāk, tiks veikta šī gada oktobrī.

Profesionālo prasmju pilnveidei pieteicos un no februāra apmeklēju LU PPMF organizētu tālākizglītības programmu “Ievads docētāja darbā”. Tā ietvaros tiek attīstība nepieciešamā pedagoģiskā kompetence un veicināta gatavība akadēmiskajam darbam augstskolā

Aprīļa beigās radās iespēja popularizēt zinātnisko pētniecību skolēnu vidū uzstājoties ar prezentāciju Latvijas skolēnu 42. zinātniski pētniecisko darbu konferences atklāšanā, LU Lielajā aulā (preses relīze) [PopSci2].

I ceturksnis (01.11.2017.-31.01.2018)

Uzsākta projekta īstenošana, atrisinot virkni birokrātisku un organizatorisku jautājumu. Lai pārbaudītu un nepieciešamības gadījumā pilnveidotu plānotā pētījuma aktualitāti sakarā ar ieilgušo projekta vērtēšanu un vēlāku uzsākšanu, kā arī sekotu pētniecības jomas attīstībai, tika sagatavotas tēzes divām starptautiskām konferencēm, kas apstiprinātas mutiskiem referātiem. To pamatā izmantoti agrāk iegūti dati, kas saistās ar WP2 pētāmajām parādībām [Conf1,Conf2].

Pirmā no konferencēm apmeklēta decembra vidū, uzzinot jaunākās tendences nanotehnoloģijās, jo īpaši projektā izmantot plānoto magnētisko šķidrumu jomā, kas ir perspektīvi pielietojumiem enerģijas rekuperācijā.

Atbilstoši projekta plānam, lielākais darbs pirmajā ceturksnī veltīts mikrofluidikas sistēmas izveidei. Pirmkārt, analizēta jaunākā zinātniskā literatūra par kanālu izveides risinājumiem. Neskatoties uz pieaugošu 3D printeru lietojumu, to šī brīža preciztāte nav pietiekama projekta vajadzībām, tāpēc sistēmas izveidei tiks izmantota mīkstā litogrāfija (soft-lithography), ko veido litogrāfiski izgatavota forma (mold) un sacietināms polimērs (PDMS). Otrkārt, atrastas sistēmas izveidei nepieciešamās iekārtas citos LU institūtos un veiktas pārrunas par to izmantošanu. Treškārt, organizēta tikšanās ar citiem LU zinātniekiem, kas izmanto mikrofluidikas iespējas savos pētījumos, lai attīstītu papildinošas mikrofluidikas sistēmas un efektīvi izmantotu iekārtas. Ceturtkārt, sagatavoti nepieciešamie materiāli eksperimentālās sistēmas izveidei.

Paralēli, veiktas darbības profesionālajai pilnveidei un kapacitātes celšanai. Pirmkārt, lai gūtu pedagoģisku un vadības pieredzi, projekta īstenošanas tehniskajiem darbiem piesaistīta doktorante. Otrkārt, organizēta un vadīta LU 76. konferences sekcijas sēde “Kolokvijs - 50 gadi magnētisma pasaulē” (informācija), kurai arī sagatavots mutisks referāts [LocConf1].

Zinātnes un projekta popularizēšanai ņemta dalība Valsts izglītības attīstības aģentūras un Latvijas Jauno zinātnieku apvienības organizētajā diskusiju forumā “Ko nozīmē būt zinātniekam?”, kuram sagatavota prezentācija [PopSci1].

---------------------------------Publikāciju/Rezultātu saraksts-----------------------------------

Raksti:

[Pub1] G. Kitenbergs, A. Tatuļčenkovs, L. Puķina, A. Cēbers (2018) Gravity effects on mixing with magnetic micro-convection in microfluidics. arXiv:1805.00101

Starptautisku konferenču tēzes:

[Conf1] G. Kitenbergs, R. Perzynski, A. Cēbers, Shape Hysteresis of a Magnetic Drop in a Rotating Field, 4th International Conference on Nanoscience, Nanotechnology and Nanobiotechnology (3Nano2017), Paris, France, 2017.12.10.-14., P.51. (https://www.3nano2017.net/program/)

[Conf2] G. Kitenbergs, A. Tatuļčenkovs, A. Cēbers, Gravity effects on mixing with magnetic micro-convection in microfluidics, Flowing Matter 2018, Lisbon, Portugal, 2018.02.05.-09. (program), organized by COST MP1305 Flowing matter

Lokālu konferenču tēzes:

[LocConf1] G. Kitenbergs, Magnētiskās mikrokonvekcijas eksperimentāli pētījumi (Experimental Investigation of Magnetic Micro-convection), LU 76. konference, “Kolokvijs – 50 gadi magnētisma pasaulē”, Rīga, Latvija, 2018.02.02. (plānojums)

[LocConf2] G. Kitenbergs, Behavior of magnetic drops in external field, Francijas un Latvijas zinātnieku seminārs “Fluctuation phenomena in magneto-microhydrodynamics”, Rīga, Latvija, 25.06.2018. (plānojums)

[LocConf3] G. Kitenbergs, Experiments in microfluidics in MMML, M-era.net projekta “FMF” kick-off seminārs, Rīga, Latvija, 04.10.2018. (atskats)

Populārzinātniskas aktivitātes:

[PopSci1] G. Kitenbergs, Mikroplūsmas magnētiskā mīkstā vidē, VIAA&LJZA diskusiju forums “Ko nozīmē būt zinātniekam?”, Rīga, Latvija, 2017.12.06. (darba kārtība)

[PopSci2] G. Kitenbergs, ZPD un saldējums. Mana pieredze, Latvijas skolēnu 42. zinātniski pētniecisko darbu konferences atklāšana, Rīga, Latvija, 2018.04.20. (video)

[PopSci3] G. Kitenbergs, Mikrofluidika, Valsts olimpiāžu un skolēnu zinātniski pētniecisko darbu laureātu nometne “Alfa”. Zasa, Latvija, 2018.08.02.-03. (prezentācija)

[PopSci4] G. Kitenbergs, Ēdama mikrofluidika, Zinātnieku nakts 2018, LU Fizikas, matemātikas un optometrijas fakultāte, Rīga, Latvija, 2018.09.28.

Mobilitātes:

[Mob1] PHENIX laboratorija Parīzē, 2018.10.08-11.05.