近日，我校机电工程学院2022级硕士研究生徐锦辉，以第一作者身份在流体力学领域国际顶级期刊《 Physics of  Fluids 》（IF=4.1，中科院工程技术二区，美国物理联合会（American Institute of Physics, AIP）主办）在线发表了题为“Using  Langevin dynamics  to  investigate  the  effects  of  particle  concentration  on  particle  collision  rate and  aggregate  morphology”的研究论文，通讯作者为于明州教授。

高浓度的纳米颗粒体系通常被定义为浓度大于0.1%的纳米颗粒体系，广泛存在于众多自然现象和工业应用中。在纳米颗粒两相流体系中，由于颗粒受流体分子热运动的驱使，在流场中呈现出无规则的布朗运动状态，并且在高浓度条件下，颗粒之间更容易发生碰撞并团聚在一起形成不规则的分形结构。这些分形结构纳米颗粒的物理、化学和光学性质通常与其形态和大小密切相关，最终会影响由其形成的产品的性能和作用机制。自1917年著名科学家Smoluchowski建立平均场理论，相关问题的动力学分析模型更多局限在浓度远小于0.1%的稀相系统，浓相系统的动力学问题一直是气溶胶研究领域的难点问题。本工作采用分子动力学的方法，基于Langevin动力学方程，建立了一种适用于高颗粒浓度环境的模型，用以研究颗粒的碰撞动力学与团聚形态的演化。论文揭示了在高浓度条件下，颗粒的碰撞率（β）、自保持尺寸分布（SPSD）、分形维数（Df）和旋转半径（Rg）等动力学参数随浓度变化的差异。本研究通过对颗粒粒径和形态对浓度依赖的分析，对实际工作中气溶胶测量与检测、大气污染治理以及工业上纳米材料的制备提供了定量的描述与理论支持。

该工作是在国家自然科学基金项目(12472258)的支持下完成的，体现了控制科学与工程、物理学两大学科的交叉融合。

论文链接：https://doi.org/10.1063/5.0275606