Role of solution conductivity in reaction induced charge auto-electrophoresis

物理 电场 机械 Zeta电位 粒子(生态学) 表面电荷 化学物理 纳米颗粒 海洋学 量子力学 地质学
作者
Jeffrey L. Moran,Jonathan D. Posner
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:26 (4) 被引量:57
标识
DOI:10.1063/1.4869328
摘要

Catalytic bimetallic Janus particles swim by a bipolar electrochemical propulsion mechanism that results from electroosmotic fluid slip around the particle surface. The flow is driven by electrical body forces which are generated from a coupling of a reaction-induced electric field and net charge in the diffuse layer surrounding the particle. This paper presents simulations, scaling, and physical descriptions of the experimentally observed trend that the swimming speed decays rapidly with increasing solution conductivity. The simulations solve the full Poisson-Nernst-Planck-Stokes equations with multiple ionic species, a cylindrical particle in an infinite fluid, and nonlinear Butler-Volmer boundary conditions to represent the electrochemical surface reactions. The speed of bimetallic particles is reduced in high-conductivity solutions because of reductions in the induced electric field in the diffuse layer near the rod, the total reaction rate, and the magnitude of the rod zeta potential. The results in this work suggest that the auto-electrophoretic mechanism is inherently susceptible to speed reductions in higher ionic strength solutions.
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