Электрофорез проводящей и непроводящей микрочастицы в полярном электролите в сильном электрическом поле

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Работа посвящена исследованию электрофореза проводящей и непроводящей частиц в растворе полярного электролита под действием сильного электрического поля. Представлены результаты численного моделирования для обоих видов частиц: распределение концентраций катионов и анионов, плотности заряда, суммарной концентрации и потоков ионов около поверхности частицы. Показано, что около диэлектрической поверхности при достаточно большом поверхностном заряде формируется область расширенного пространственного заряда. Возникновение этой области обусловлено высокой поверхностной проводимостью в двойном электрическом слое и интенсивными касательными потоками ионов. Обнаружены качественные различия в механизме формирования области расширенного пространственного заряда для ионоселективной и диэлектрической частицы. Полученные результаты способствуют пониманию нелинейных электрокинетических процессов и могут быть полезны при проектировании микрофлюидных систем и коллоидных технологий.

Об авторах

Е. А. Франц

Финансовый университет при Правительстве РФ

Email: eafrants@fa.ru
Ленинский просп., 49, корп. 2, Москва, 125167 Россия

А. А. Крылов

Финансовый университет при Правительстве РФ; Кубанский государственный университет

Ленинский просп., 49, корп. 2, Москва, 125167 Россия; ул. Ставропольская, 149, Краснодар, 350040 Россия

Е. А. Демехин

Финансовый университет при Правительстве РФ; Кубанский государственный университет; НИИ Механики МГУ им. Ломоносова

Ленинский просп., 49, корп. 2, Москва, 125167 Россия; ул. Ставропольская, 149, Краснодар, 350040 Россия; Мичуринский пр., 1, Москва, 119192 Россия

Список литературы

  1. Smoluchowski M. Contribution à la théorie de l’endosmose électrique et de quelques phénomènes corrélatifs // Bulletin de l’Académie des Sciences de Cracovie. 1903.
  2. Helmholtz H. Studien über electrische grenzschichten // Annalen der Physik und Chemie. 1879. V. 243. № 7. P. 337–382. https://doi.org/10.1002/andp.18792430702
  3. Wall S. The history of electrokinetic phenomena // Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 2010. V. 15. P. 119–124. https://doi.org/10.1016/j.cocis.2009.12.005
  4. Henry D.C. The cataphoresis of suspended particles. Part I. The equation of cataphoresis // Proc. R. Soc. Lond. A. 1931. V. 133. P. 106–129. https://doi.org/10.1098/rspa.1931.0133
  5. Mooney M. Electrophoresis and the diffuse ionic layer // J. Phys. Chem. 1931. V. 35. № 1. P. 331–344. https://doi.org/10.1021/j150319a021
  6. Dukhin S.S. Electrophoresis at large Peclet numbers // Adv. Colloid Interface Sci. 1991. V. 36. P. 219–248. https://doi.org/10.1016/0001-8686(91)80034-h
  7. Mishchuk N.A., Dukhin S.S. Electrokinetic phenomena of the second kind // Interfacial Electrokinetics and Electrophoresis. 2002. № 10. P. 241–275.
  8. Mishchuk N.A., Dukhin S.S. Electrophoresis of solid particles at large Peclet numbers // Electrophoresis. 2002. V. 23. № 13. P. 2012. https://doi.org/10.1002/1522-2683(200207)23:13%3C2012::aid-elps2012%3E3.0.co;2-y
  9. Barany S. Electrophoresis in strong electric fields // Adv. Colloid Interface Sci. 2009. V. 147–148. P. 36–43. https://doi.org/10.1016/j.cis.2008.10.006
  10. Baran A.A., Babich Y.A., Tarovsky A. A., Mischuk N.A. Superfast electrophoresis of ion-exchanger particles // Colloids and Surfaces. 1992. V. 68. № 3. P. 141–151. https://doi.org/10.1016/0166-6622(92)80198-b
  11. Gamayunov N.I., Murtsovkin V.A., Dukhin A.S. Pair interaction of particles in electric field. 1. Features of hydrodynamic interaction of polarized particles // Colloid J. USSR (Engl. Transl.). 1986. V. 48. № 2. P. 197–203.
  12. Murtsovkin V., Mantrov G. Steady flows in the neighborhood of a drop of mercury with the application of a variable external electric field // Colloid J. 1991. V. 53. P. 240–244.
  13. Gamayunov N.I., Mantrov G.I., Murtsovkin V.A. Study of flows induced in the vicinity of conducting particles by an external electric field // Colloid J. USSR (Engl. Transl.). 1992. V. 54. P. 20–23.
  14. Murtsovkin V.A. Nonlinear flows near polarized disperse particles // Colloid J. 1996. V. 58. P. 341–349.
  15. Barinova N.O., Mishchuk N.A., Nesmeyanova T.A. Electroosmosis at spherical and cylindrical metal surfaces // Colloid J. 2008. V. 70. № 6. P. 695–702. https://doi.org/10.1134/s1061933x08060033
  16. Baygents J.C., Baldessari F. Electrohydrodynamic instability in a thin fluid layer with an electrical conductivity gradient // Phys. Fluids. 1998. V. 10. № 1. P. 301–311. https://doi.org/10.1063/1.869567
  17. Lin H., Storey B.D., Oddy M.H., Chen C.-H., Santiago J.G. Instability of electrokinetic microchannel flows with conductivity gradients // Phys. Fluids. 2004. V. 16. № 6. P. 1922–1935. https://doi.org/10.1063/1.1710898
  18. Chen C.-H., Lin H., Lele S., Santiago J. Convective and absolute electrokinetic instability with conductivity gradients // J. Fluid Mech. 2005. V. 524. P. 263–303. https://doi.org/10.1017/s0022112004002381
  19. Frants E., Amiroudine S., Demekhin E. DNS of nonlinear electrophoresis // Microgravity Sci. Technol. 2024. V. 36. P. 21. https://doi.org/10.1007/s12217-024-10108-w
  20. Squires T., Bazant M.Z. Induced-charge electro-osmosis // J. Fluid Mech. 2004. V. 509. P. 217–252. https://doi.org/10.1017/S0022112004009309
  21. Rubinstein I., Zaltzman B. Electro-osmotically induced convection at a permselective membrane // Physical Review E. 2000. V. 62. № 2. P. 2238–2251. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.62.2238
  22. Frants E.A., Ganchenko G.S., Shelistov V.S., Amiroudine S., Demekhin E.A. Nonequilibrium electrophoresis of an ion-selective microgranule for weak and moderate external electric fields // Phys. Fluids. 2018. V. 30. № 2. P. 022001. https://doi.org/10.1063/1.5010084
  23. Ganchenko G.S., Frants E.A., Shelistov V.S., Nikitin N.V., Amiroudine S., Demekhin E.A. Extreme nonequilibrium electrophoresis of an ion-selective microgranule // Phys. Rev. Fluids. 2019. V. 4. P. 043703. https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.4.043703
  24. Mishchuk N.A., Barinova N.O. Theoretical and experimental study of nonlinear electrophoresis // Colloid J. 2011. V. 73. № 1. P. 88–96. https://doi.org/10.1134/S1061933X11010133
  25. Ganchenko G.S., Frants E.A., Amiroudine S., Demekhin E.A. Instabilities, bifurcations, and transition to chaos in electrophoresis of charge-selective microparticle // Phys. Fluids. 2020. V. 32. № 5. P. 054103. https://doi.org/10.1063/1.5143312

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025