ИССЛЕДОВАНИЕ ОБЛАСТИ РАСШИРЕННОГО ПОВЕРХНОСТНОГО ЗАРЯДА ПРИ ЭЛЕКТРОФОРЕЗЕ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЧАСТИЦЫ

Автор: Артём Александрович Крылов

Соавторы: Франц Е.А., Демехин Е.А.

Организация: Лаборатория Элетро- и гидродинамики микро- и наномасштабов, Кубанский государственный университет, Краснодар

В данной работе приведено исследование процесса возникновения области расширенного пространственного заряда при электрофорезе диэлектрической микрочастицы. В работе [1] с помощью численного моделирования было показано, что в сильном электрическом поле и при высокой плотности поверхностного заряда около поверхности диэлектрической частицы формируется область расширенного пространственного заряда. При высокой степени нелинейности вокруг поверхности частицы формируется структура из тонких пограничных слоев, вложенных друг в друга (см. рис. 1 (справа)). В частности, обнаружено образование области пространственного заряда около непроводящей поверхности. Ранее считалось, что данная область образуется только около поверхностей, обладающих ионообменными свойствами.

Для объяснения возникновения области расширенного пространственного заряда был проведен анализ полных нормальных и тангенциальных потоков катионов и анионов (включая конвекцию, диффузию и электромиграцию) в непосредственной близости от поверхности частицы. Поведение потоков в двойном электрическом слое (ДЭС) показало наличие более тонкого слоя с очень большим значением потока катионов. В теоретической работе [2] данный слой был назван подслоем Духина и основной отличительной чертой этого слоя является высокая поверхностная проводимость. В этом слое наблюдаются значительные потоки заряженной жидкости, касательные к поверхности, вызывающие высокую поверхностную проводимость. Поверхностную проводимость можно охарактеризовать безразмерным числом Духина. Данная поверхностная проводимость может играть ключевую роль в образовании области расширенного поверхностного заряда около диэлектрической поверхности.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект № 24-79-00129).

1. Frants E.A., Amiroudine S., Demekhin E.A. DNS of Nonlinear Electrophoresis // Microgravity Science and Technology 36(2), 2024.

2. Schnitzer O., Yariv E. Macroscale description of electrokinetic flows at large zeta-potentials: Nonlinear surface conduction. Physical Review E, 86(2):021503, 2012.