- Код статьи
- S0023291225010024-1
- DOI
- 10.31857/S0023291225010024
- Тип публикации
- Статья
- Статус публикации
- Опубликовано
- Авторы
- Том/ Выпуск
- Том 87 / Номер выпуска 1
- Страницы
- 16-23
- Аннотация
- В работе представлены результаты численного моделирования поведения раствора электролита около сферической диэлектрической микрочастицы, покрытой однородной ионоселективной оболочкой, во внешнем электрическом поле. Предполагается, что частица зафиксирована, а электролит в отсутствие электрического поля покоится или движется с постоянной скоростью за счет внешнего механического воздействия. Электрическое поле, в свою очередь, вызывает электроосмотическое движение электролита около частицы. Показано, что около такой композитной частицы может наблюдаться концентрационная поляризация, но электрокинетическая неустойчивость возникает лишь при достаточно большой толщине оболочки. Около частиц с поверхностным зарядом, противоположным заряду оболочки, могут наблюдаться нестационарные режимы течения, которые реализуются при небольшой толщине оболочки.
- Ключевые слова
- электроконвекция электроосмос композитная частица концентрационная поляризация неустойчивость численное моделирование
- Дата публикации
- 18.09.2025
- Год выхода
- 2025
- Всего подписок
- 0
- Всего просмотров
- 7
Библиография
- 1. Paillot R. M. Smoluchowski – Contribution à la théorie de l’endosmose électrique et de quelques phénomènes corrélatifs (Bulletin de l’Académie des Sciences de Cracovie, mars 1903) // J. Phys.: Theor. Appl. 1904. V. 3. № 1. P. 912. https://doi.org/10.1051/jphystap:019040030091201
- 2. Mohammadi R., Afsaneh H., Rezaei B., Zand M.M. On-chip dielectrophoretic device for cancer cell manipulation: A numerical and artificial neural network study // Biomicrofluidics. 2023. V. 17. P. 024102. https://doi.org/10.1063/5.0131806
- 3. Духин С.С., Дерягин Б.В. Электрофорез. М.: Наука. 1976.
- 4. Schnitzer O., Yariv E. Strong-field electrophoresis // J. Fluid Mech. 2012. V. 701. P. 333–351. https://doi.org/10.1017/jfm.2012.161
- 5. Schnitzer O., Zeyde R., Yavneh I., Yariv E. Weakly nonlinear electrophoresis of a highly charged colloidal particle // Phys. Fluids. 2013. V. 25. № 5. P. 052004. https://doi.org/10.1063/1.4804672
- 6. Schnitzer O., Yariv E. Nonlinear electrophoresis at arbitrary field strengths: small-Dukhin-number analysis // Phys. Fluids. 2014. V. 26. № 12. P. 122002. https://doi.org/10.1063/1.4902331
- 7. Tottori S., Misiunas K., Keyser U.F., Bonthuis D.J. Nonlinear electrophoresis of highly charged nonpolarizable particles // Phys. Rev. Lett. 2019. V. 123. № 1. P. 014502. https://doi.org/10.1103/physrevlett.123.014502
- 8. Khair A.S. Nonlinear electrophoresis of colloidal particles // Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 2022. V. 59. P. 101587. https://doi.org/10.1016/j.cocis.2022.101587
- 9. Dukhin S.S. Electrokinetic phenomena of the second kind and their applications // Adv. Colloid Interface Sci. 1991. V. 35. P. 173–196. https://doi.org/10.1016/0001-8686 (91)80022-c
- 10. Yariv E. Migration of ion-exchange particles driven by a uniform electric field // J. Fluid Mech. 2010. V. 655. P. 105–121. https://doi.org/10.1017/s0022112010000716
- 11. 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
- 12. Mishchuk N.A., Takhistov P.V. Electroosmosis of the second kind // Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp. 1995. V. 95. № 2–3. P. 119–131. https://doi.org/10.1016/0927-7757 (94)02988-5
- 13. 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. Fluid. 2019. V. 4. № 4. P. 043703. https://doi.org/10.1103/physrevfluids.4.043703
- 14. 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
- 15. Kłodzińska E., Szumski M., Dziubakiewicz E., Hrynkiewicz K., Skwarek E., Janusz W., Buszewski B. Effect of zeta potential value on bacterial behavior during electrophoretic separation // Electrophoresis. 2010. V. 31. № 9. P. 1590–1596. https://doi.org/10.1002/elps.200900559
- 16. Polaczyk A.L., Amburgey J.E., Alansari A., Poler J.C., Propato M., Hill V.R. Calculation and uncertainty of zeta potentials of microorganisms in a 1:1 electrolyte with a conductivity similar to surface water // Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp. 2020. V. 586. P. 124097. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.124097
- 17. Maurya S.K., Gopmandal P.P., Ohshima H., Duval J.F.L. Electrophoresis of composite soft particles with differentiated core and shell permeabilities to ions and fluid flow // J. Colloid Interface Sci. 2020. V. 558. P. 280–290. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2019.09.118
- 18. Ohshima H. Approximate analytic expressions for the electrophoretic mobility of spherical soft particles // Electrophoresis. 2021. V. 42. № 21–22. P. 2182–2188. https://doi.org/10.1002/elps.202000339
- 19. Schnitzer O., Yariv E. Streaming-potential phenomena in the thin-Debye-layer limit. Part 3. Shear-induced electroviscous repulsion // J. Fluid Mech. 2016. V. 786. P. 84–109. https://doi.org/10.1017/jfm.2015.647
- 20. Франц Е.А., Шелистов В.С., Ганченко Г.С., Горбачева Е.В., Алексеев М.С., Демехин Е.А. Электрофорез диэлектрической частицы в сильном электрическом поле // Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества. 2021. Т. 18. № 4. С. 33–40. https://doi.org/10.31429/vestnik-18-4-33-40
- 21. Ганченко Г.С., Калайдин Е.Н., Чакраборти С., Демехин Е.А. Гидродинамическая неустойчивость при омических режимах в несовершенных электрических мембранах // Доклады Академии наук. 2017. Т. 474. № 3. С. 296–300. https://doi.org/10.7868/s0869565217150063
- 22. Maduar S.R., Belyaev A. V., Lobaskin V., Vinogradova O.I. Electrohydrodynamics near hydrophobic surfaces // Phys. Rev. Lett. 2015. V. 114. № 11. P. 118301. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.118301
- 23. Nikitin N.V. Third-order-accurate semi-implicit Runge-Kutta scheme for incompressible Navier-stokes equations // Int. J. Numer. Methods Fluids. 2006. V. 51. № 2. P. 221–233. https://doi.org/10.1002/fld.1122
- 24. Demekhin E.A., Nikitin N.V., Shelistov V.S. Direct numerical simulation of electrokinetic instability and transition to chaotic motion // Phys. Fluids. 2013. V. 25. № 12. P. 122001. https://doi.org/10.1063/1.4843095
- 25. Shelistov V.S., Demekhin E.A., Ganchenko G.S. Electrokinetic instability near charge-selective hydrophobic surfaces // Phys. Rev. E. 2014. V. 90. № 1. P. 013001. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.90.013001
- 26. Ганченко Г.С., Шелистов В.С., Демехин Е.А. Физика движения композитной микрочастицы с тонкой ионоселективной оболочкой во внешнем электрическом поле // Письма в ЖЭТФ (готовится к отправке).