Nonlinear electrophoretic velocity of a spherical colloidal particle

无量纲量 物理 电泳 电场 德拜长度 电荷密度 表面电荷 电荷(物理) 化学 量子力学 电子 色谱法
作者
Richard Cobos,Aditya S. Khair
出处
期刊:Journal of Fluid Mechanics [Cambridge University Press]
卷期号:968 被引量:6
标识
DOI:10.1017/jfm.2023.537
摘要

Electrophoresis is the motion of a charged colloidal particle in an electrolyte under an applied electric field. The electrophoretic velocity of a spherical particle depends on the dimensionless electric field strength $\beta =a^*e^*E_\infty ^*/k_B^*T^*$ , defined as the ratio of the product of the applied electric field magnitude $E_\infty ^*$ and particle radius $a^*$ , to the thermal voltage $k_B^*T^*/e^*$ , where $k_B^*$ is Boltzmann's constant, $T^*$ is the absolute temperature, and $e^*$ is the charge on a proton. In this paper, we develop a spectral element algorithm to compute the electrophoretic velocity of a spherical, rigid, dielectric particle, of fixed dimensionless surface charge density $\sigma$ over a wide range of $\beta$ . Here, $\sigma =(e^*a^*/\epsilon ^*k_B^*T^*)\sigma ^*$ , where $\sigma ^*$ is the dimensional surface charge density, and $\epsilon ^*$ is the permittivity of the electrolyte. For moderately charged particles ( $\sigma ={O}(1)$ ), the electrophoretic velocity is linear in $\beta$ when $\beta \ll 1$ , and its dependence on the ratio of the Debye length ( $1/\kappa ^*$ ) to particle radius (denoted by $\delta =1/(\kappa ^*a^*)$ ) agrees with Henry's formula. As $\beta$ increases, the nonlinear contribution to the electrophoretic velocity becomes prominent, and the onset of this behaviour is $\delta$ -dependent. For $\beta \gg 1$ , the electrophoretic velocity again becomes linear in field strength, approaching the Hückel limit of electrophoresis in a dielectric medium, for all $\delta$ . For highly charged particles ( $\sigma \gg 1$ ) in the thin-Debye-layer limit ( $\delta \ll 1$ ), our computations are in good agreement with recent experimental and asymptotic results.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
李健应助lin采纳,获得10
刚刚
刚刚
岳相友发布了新的文献求助10
1秒前
chx123发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
2秒前
唠叨的秋完成签到,获得积分10
2秒前
2秒前
Abner完成签到,获得积分10
2秒前
2秒前
3秒前
orixero应助江姜采纳,获得10
3秒前
Owen应助刘浪采纳,获得10
3秒前
不想晚睡完成签到,获得积分10
3秒前
leaolf应助温暖的钻石采纳,获得10
3秒前
邓谷云发布了新的文献求助10
3秒前
3秒前
4秒前
猪猪侠完成签到,获得积分10
4秒前
CipherSage应助小余同学采纳,获得10
5秒前
5秒前
科研通AI6应助求助小天才采纳,获得10
5秒前
雷雷发布了新的文献求助10
5秒前
6秒前
情怀应助木子采纳,获得10
6秒前
李欣宇完成签到,获得积分10
6秒前
xh关闭了xh文献求助
7秒前
斯文以蓝完成签到,获得积分10
7秒前
西子阳发布了新的文献求助10
8秒前
杜梦茹发布了新的文献求助10
8秒前
自然黄豆发布了新的文献求助30
8秒前
9秒前
9秒前
斯文败类应助繁荣的从雪采纳,获得10
9秒前
9秒前
10秒前
内向的夏寒完成签到,获得积分10
10秒前
Nancy发布了新的文献求助10
10秒前
Kocy发布了新的文献求助30
10秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
高温高圧下融剤法によるダイヤモンド単結晶の育成と不純物の評価 5000
Treatise on Geochemistry (Third edition) 1600
Vertebrate Palaeontology, 5th Edition 500
ISO/IEC 24760-1:2025 Information security, cybersecurity and privacy protection — A framework for identity management 500
碳捕捉技术能效评价方法 500
Optimization and Learning via Stochastic Gradient Search 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 内科学 生物化学 物理 计算机科学 纳米技术 遗传学 基因 复合材料 化学工程 物理化学 病理 催化作用 免疫学 量子力学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 4713070
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4076664
关于积分的说明 12607178
捐赠科研通 3779187
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2087562
邀请新用户注册赠送积分活动 1113947
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 991447