Ludwig Krippahl, 2008 Programação para as Ciências Experimentais 2007/8 Teórica 8

Ludwig Krippahl, Na aula de hoje... Simulação Formação de nanoestruturas Dissolução Solubilidade

Ludwig Krippahl, Formação de nanoestruturas Controlled Synthesis of 2-D and 3-D Dendritic Platinum Nanostructures, Yujiang Song et al, JACS 23/12/2003

Ludwig Krippahl, Formação de nanoestruturas

Ludwig Krippahl, Simular difusão em 2D Movimento aleatório da partícula

Ludwig Krippahl, Simular difusão em 2D Superfície maior: cyclic boundary

Ludwig Krippahl, Simular difusão em 2D Regras de movimento: partícula está em x, y. escolher aleatoriamente -1, +0, +1 para cada

Ludwig Krippahl, Simular difusão em 2D Regras de movimento: partícula está em x, y. escolher aleatoriamente -1, +0, +1 para cada sai por um lado, entra pelo outro: se >tamanho, coordenada = 1 se <1, coordenada = tamanho Atenção round(rand*2) ou floor(rand*3)? O round dá 50% de probabilidade de ser 1...

Ludwig Krippahl, Simular difusão em 2D Função movexy function [x,y]=movexy(x,y,tamanho) Recebe coordenadas x, y e tamanho. Devolve coordenadas x, y depois de modificadas. Precisa de saber o tamanho para dar a volta se a coordenada sai da grelha.

Ludwig Krippahl, Inicio da trajectória A partícula vai começar no limite da grelha:

Ludwig Krippahl, Inicio da trajectória A partícula vai começar no limite da grelha: Escolher x e y ao acaso, entre 1 e tamanho. x e y têm que ser inteiros. Escolher um r ao acaso entre 0 e 1. Conforme o r é <0.25, <0.5, <0.75 ou else x=1, x=tamanho, y=1, y=tamanho

Ludwig Krippahl, Inicio da trajectória Conforme o r é <0.25, <0.5, <0.75 ou else x=1, x=tamanho, y=1, y=tamanho 25% probabilidade para cada lado

Ludwig Krippahl, Inicio da trajectória Função inicio function [x,y]=inicio(tamanho) Recebe o tamanho da grelha e devolve as coordenadas iniciais da partícula geradas aleatoriamente, na fronteira da grelha.

Ludwig Krippahl, Formação de nanoestruturas A estrutura vai-se formando conforme partículas difundem pela membrana e se agregam. Algoritmo: quando o movimento de uma partícula a levaria a uma posição da grelha já ocupada, a partícula fica imobilizada como parte da estrutura

Ludwig Krippahl, Implementação Função crescimento function parts=crescimento(tamanho,particulas) Recebe o tamanho da grelha e o número de partículas na nanoestrutura. Devolve uma matriz de 2 colunas com as coordenadas x e y das partículas na estrutura.

Ludwig Krippahl, Implementação Exemplo tamanho=20; parts=crescimento(tamanho,40); title([num2str(length(parts))," particulas"]); axis([1,tamanho,1,tamanho],"equal"); plot(parts(:,1),parts(:,2),"or;;");

Ludwig Krippahl, Implementação Exemplo

Ludwig Krippahl, Implementação Representação da estrutura: Matriz de duas colunas x, y. Problema: Para detectar se uma célula da grelha está ocupada temos que ver todas as partículas já na estrutura. Isto cada vez que se move uma partícula. Pouco eficiente

Ludwig Krippahl, Implementação Representação da estrutura: Matriz de duas colunas x, y. Solução: Representar também a grelha com uma matriz de zeros, de tamanho x tamanho, em que colocamos 1 em cada célula ocupada. Para detectar ocupação da célula x, y é só consultar matriz(x,y)

Ludwig Krippahl, Implementação Função crescimento Criar grelha e vector partículas Colocar a primeira partícula no centro da grelha Para cada partícula da segunda em diante: Usar inicio para escolher o ponto inicial. Repetir: movexy e verificar se novo x, y está ocupado. Se está, guardar o x, y corrente da partícula e marcar na grelha.

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Ludwig Krippahl, Dissolução Simular a dissolução de sólidos (em 2D)

Ludwig Krippahl, Dissolução Observar os efeitos do tamanho dos sólidos em: Velocidade a atingir o equilíbrio. Valor no equilíbrio.

Ludwig Krippahl, Dissolução Problema (em partes, como sempre): Criar o sólido na matriz Grupo de partículas Mover cada partícula movexy, já está feito Definir regras para a simulação Se está no sólido, tem uma probabilidade de sair para solução e começar a mover-se. Se encontra outra partícula fica retida no sólido.

Ludwig Krippahl, Dissolução Implementação parts=preenche(xini,yini,lx,ly) xini e yini: valores para o ponto inicial (x,y) lx,ly: tamanho de cada lado do rectângulo.

Ludwig Krippahl, Dissolução octave.exe:2> preenche(2,3,1,2) ans = octave.exe:3> preenche(2,3,3,2) ans =

Ludwig Krippahl, Dissolução Simulação graf=dissolve(parts,tamanho,iters, solub) parts: matriz com as coordenadas iniciais das partículas no(s) sólido(s). tamanho: largura da grelha (quadrada) iters: número de iterações a executar solub: probabilidade de uma partícula deixar o sólido

Ludwig Krippahl, Dissolução Simulação Marcar todas as partículas como sólido. Marcar as partículas na grelha. Para cada iteração Percorrer todas as partículas Se não está sólida ou se rand<solub, mover e marcar como em solução. Se tenta mover para um sítio ocupado fica onde está e passa a sólido

Ludwig Krippahl, Dissolução Simulação Para cada iteração Percorrer todas as partículas Contar o número de partículas no sólido e acrescentar ao vector para o gráfico

Ludwig Krippahl, Dissolução

Ludwig Krippahl, Sermão Para quem está a ficar para trás Resolvam as primeiras fichas. Resolvam os exercícios extra e leiam a introdução ao Octave. Consultem a página do ano passado (exercícios resolvidos)

Ludwig Krippahl, Dúvidas