Нелинейный электрофорез заряженной диэлектрической частицы в полярной и неполярной среде: роль параметра электрогидродинамической связи
Е.А. Франц, А.А. Крылов, Е.А. Демехин
Коллоидный журнал. 2026. Т. 88. № 5. С. 703–726.
DOI: 10.31857/S0023291226050092
Аннотация
В работе выполнено прямое численное моделирование электрофореза заряженной диэлектрической микрочастицы в рамках связанной нелинейной системы уравнений Нернста– Планка–Пуассона–Стокса в диапазоне от слабого до сильного электрического поля. Целью исследования является сопоставление электрофоретической мобильности и структуры ионного переноса в полярных и неполярных электролитах при фиксированном поверхностном заряде частицы. Для описания этих типов среды рассматриваются два характерных значения длины Дебая, соответствующие тонкому и относительно толстому двойному электрическому слою. Поверхностный заряд частицы фиксируется на величине, которая соответствует режиму, при котором ожидаются выраженные неравновесные эффекты и деформация ионного облака при достаточной напряженности электрического поля. Основное внимание уделено зависимости безразмерной мобильности от напряженности поля и управляющего параметра κ, определяющего интенсивность электрокинетического взаимодействия и влияние гидродинамики на ионный перенос. Показано, что с ростом напряженности отклик становится существенно нелинейным и сопровождается усилением концентрационной поляризации и перестройкой пространственных распределений концентраций и объемного заряда. Проведено сравнение параметрических зависимостей электрофоретической мобильности для двух характерных значений длины Дебая и выделены области параметров, где различие между полярной и неполярной средой проявляется главным образом количественно, а также области, соответствующие качественной перестройке режима переноса. Для характерных режимов приведены пространственные распределения суммарной концентрации ионов и плотности заряда, позволяющие связать изменения мобильности с изменением структуры ионных потоков и объемной электрической силы. Полученные результаты задают критерии наступления неравновесного режима и могут быть использованы для интерпретации экспериментов и проектирования электрокинетических микросистем в полярных и неполярных электролитах.