EKRANIROVANNOE I VAN-DER-VAAL'SOVSKOE VZAIMODEYSTVIE V PYLEVOY PLAZME I ELEKTROLITAKh
- 作者: A.V.Filippov 1
-
隶属关系:
- 期: 卷 165, 编号 2 (2024)
- 页面: 276-293
- 栏目: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/0044-4510/article/view/256487
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0044451024020135
- ID: 256487
如何引用文章
详细
Рассмотрено экранированное электростатическое взаимодействие и взаимодействие Ван-дер-Ваальса нано- и микроразмерных частиц в пылевой плазме. Электростатическое взаимодействие рассмотрено на основе линеаризованного уравнения Пуассона–Больцмана для частиц как с фиксированными зарядами, равномерно распределенным по их поверхностям, так и с фиксированными электрическими потенциалами поверхности. Найденное решение задачи позволяет исследовать взаимодействие как частиц сравнимого радиуса, так и частиц сильно отличающихся размеров. В силе взаимодействия учтена осмотическая составляющая, которая в случае постоянных зарядов приводит к восстановлению равенства сил, действующих на первую и вторую частицы. Для взаимодействия Ван-дер-Ваальса учтено экранирование статических флуктуаций и запаздывание электромагнитных полей для дисперсионной части взаимодействия. На основе анализа различных выражений для геометрического фактора с учетом запаздывания электромагнитного поля предложена численно устойчивая методика расчета этого фактора. Рассчитана полная энергия взаимодействия двух заряженных пылевых частиц при характерных для пылевой плазмы параметрах плазмы: концентрации электронов и ионов от 108 до 1012 см−3, радиусе частиц от 10 нм до 1 мкм и зарядах частиц от 10 до 103 элементарных зарядов на микрон радиуса частиц.
参考
- J. N. Israelachvili, Intermolecular and surface forces, 3rd ed., Elsevier, Amsterdam (2011), p.191–499.
- B. Honig and A. Nicholls, Science 268, 1144 (1995).
- I. Ledezma-Yanez,W. D. Z. Wallace, P. Sebasti´an-Pascual, V. Climent, J. M. Feliu, and M. T. Koper, Nat. Energy 2 (4), 17031 (2017).
- B. Smit, J. A. Reimer, C. M. Oldenburg, and I. C. Bourg, Introduction to Carbon Capture and Sequestration, v.1., World Scientific, Singapore (2014).
- M. Manciu and E. Ruckenstein, Langmuir 17, 7061 (2001).
- H. Wennerstrom, E. Vallina Estrada, J. Danielsson, and M. Oliveberg, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 117, 10113 (2020).
- S. Su, I. Siretanu, D. van den Ende, B.Mei, G.Mul, and F. Mugele, Adv. Mater. 33, 2106229 (2021).
- D. F. Parsons, M. Bostr¨om, P. L. Nostro, and B. W. Ninham, Phys. Chem. Chem. Phys. 13 (27), 12352 (2011).
- K. Vo¨ıtchovsky, J. J. Kuna, S. A. Contera, E. Tosatti, and F. Stellacci, Nat. Nanotechnol. 5, 401 (2010).
- В. Н. Цытович, УФН 167, 57 (1997).
- В. Е. Фортов, А. Г. Храпак, С. А. Храпак, В. И. Молотков, О. Ф. Петров, УФН 174, 495 (2004).
- В. И. Молотков, О. Ф. Петров, М. Ю. Пустыльник, В. М. Торчинский, В. Е. Фортов, А. Г. Храпак, ТВТ 42, 821 (2004).
- S. V. Vladimirov, K. Ostrikov, and A. A. Samarian, Physics and Applications of Complex Plasmas, London, Imperial College Press (2005).
- V. E. Fortov, A. V. Ivlev, S. A. Khrapak, A. G. Khrapak, and G. E. Morfill, Phys. Rep. 421, 1 (2005).
- G. E. Morfill and A. V. Ivlev, Rev. Mod. Phys. 81, 1353 (2009).
- M. Bonitz, C. Henning, and D. Block, Rep. Prog. Phys. 73, 066501 (2010).
- Комплексная и пылевая плазма: из лаборатории в космос, под ред. В. Фортова, Г. Морфилла, Наука, Физматлит, Москва (2012).
- A. Ivlev, H. Lowen, G. Morfill, and C.P. Royall, Complex Plasmas and Colloidal Dispersions: Particle-Resolved Studies of Classical Liquids and Solids, Series in Soft Condensed Matter, vol. 5, World Scientific, Singapore (2012).
- I. Mann, N. Meyer-Vernet, and A. Czechowski, Phys. Rep. 536, 1 (2014).
- P. K. Shukla and A. A. Mamun, Introduction to Dusty Plasma Physics, CRC Press, Bristol and Philadelphia (2015).
- А. В. Ивлев, С .А. Храпак, В. И. Молотков, А. Г. Храпак, Введение в физику пылевой и комплексной плазмы. Учебное пособие, Издательский дом «Интеллект», Долгопрудный (2017).
- А. М. Липаев, В. И. Молотков, Д. И. Жуховицкий, В. Н. Наумкин, А. Д. Усачев, А. В. Зобнин, О. Ф. Петров, В. Е. Фортов, ТВТ 58 (4), 485 (2020).
- I. M. Kennedy and S. J. Harris, J. Colloid. Interface. Sci. 130, 489 (1989).
- P. Patra and A. Roy, Phys. Rev. Fluids 7, 064308 (2022).
- T. B. Jones and T. B. Jones, Electromechanics of Particles, Cambridge University Press, Cambridge (2005).
- A. Castellanos, Adv. Phys. 54, 263 (2005).
- J. Feng, G. Biskos, and A. Schmidt-Ott, Scient. Rep. 5, 1 (2015).
- F. Greiner, A. Melzer, B.Tadsen, S. Groth, C. Killer, F. Kirchschlager, F. Wieben, I. Pilch, H. Kruger, D. Block, A. Piel, and S. Wolf, Eur. Phys. J. D 72, 81 (2018).
- A. R. Wassel, M. E. El-Naggar, and K. Shoueir, J. Environ. Chem. Eng. 8 104175, (2020).
- X. Meng, J. Zhu, and J. Zhang, J. Phys. D 42, 065201 (2009).
- V. A. Turek, M. P. Cecchini, J. Paget, A. R. Kucernak, A. A. Kornyshev, and J. B. Edel, ACS Nano 6, 7789 (2012).
- P.-P. Fang, S. Chen, H. Deng, M. D. Scanlon, F. Gumy, H. J. Lee, D. Momotenko, V. Amstutz, F. Cort´es-Salazar, C. M. Pereira, Z. Yang, and H. H. Girault, ACS Nano 7, 9241 (2013).
- J. B. Edel, A. A. Kornyshev, and M. Urbakh, ACS Nano 7, 9526 (2013).
- B. Gady, D. Schleef, R. Reifenberger, D. Rimai, and L. P. DeMejo, Phys. Rev. B 53, 8065 (1996).
- B. Gady, R. Reifenberger, D. S. Rimai, and L.P. DeMejo, Langmuir 13, 2533 (1997).
- Y. Liu, C. Song, G. Lv, N. Chen, H. Zhou, and X. Jing, Appl. Surf. Sci. 433, 450 (2018).
- M. C. Stevenson, S. P. Beaudoin, and D. S. Corti, J. Phys. Chem. C 124 3014 (2020).
- M.C. Stevenson, S.P. Beaudoin, and D.S. Corti, J. Phys. Chem. C 125 20003 (2021).
- H. Zhou, M. G¨otzinger, and W. Peukert, Powder Technol. 135–136, 82 (2003).
- Y. Gao, E. Tian, and J. Mo, ACS ES and Eng. 1, 1449 (2021).
- N. M. Kovalchuk, D. Johnson, V. Sobolev, N. Hilal, and V. Starov, Adv. Colloid. Interface. Sci. 272, 102020 (2019).
- B. V. Derjaguin, N. V. Churaev, and V. M. Muller, Surface Forces, Consultants Bureau, New York (1987).
- E. J. W. Verwey and J. Th. G. Overbeek, Theory of the Stability of Lyophobic Colloids, Elsevier, Amsterdam (1948).
- A. B. Glendinning and W. B. Russel, J. Colloid Interface Sci.93, 95 (1983).
- S. L. Carnie, D. Y. C. Chan, J. Colloid. Interf. Sci. 161, 260 (1993).
- А. В. Филиппов, И. Н. Дербенев, ЖЭТФ 150, 1262 (2016).
- I. N. Derbenev, A. V. Filippov, A. J. Stace, and E. Besley, J. Chem. Phys. 145, 084103 (2016).
- А. В. Филиппов, И. Н. Дербенев, А. А. Паутов, М. М. Родин, ЖЭТФ, 152, 607 (2017).
- I. N. Derbenev, A. V. Filippov, A.J. Stace, and E. Besley, Soft Matter 14, 5480 (2018).
- S. V. Siryk, A. Bendandi, A. Diaspro, and W. Rocchia, J. Chem. Phys. 155, 114114 (2021).
- S. V. Siryk and W. Rocchia, J. Phys. Chem. B 126, 10400 (2022).
- Y.-K. Yu, Phys. Rev. E 102, 052404 (2020).
- O. I. Obolensky, T. P. Doerr, and Y.-K. Yu, Eur. Phys. J. E 44, 129 (2021).
- W. R. Bowen and F. Jenner, Adv. Colloid Interface Sci. 56, 201 (1995).
- J. I. Kilpatrick, S.-H. Loh, and S. P. Jarvis, J. Am. Chem. Soc. 135, 2628 (2013).
- S. R. Van Lin, K. K. Grotz, I. Siretanu, N. Schwierz, and F. Mugele, Langmuir 35, 5737 (2019).
- A. Klaassen, F. Liu, F. Mugele, and I. Siretan, Langmuir 38, 914 (2022).
- А. В. Филиппов, В.М. Старов, Письма в ЖЭТФ 117, 604 (2023).
- A. V. Filippov and V. Starov, J. Phys. Chem. B 127, 6562 (2023).
- А. В. Филиппов, ЖЭТФ 136, 601 (2009).
- A. V. Filippov, Contr. Plasma Phys. 49, 433 (2009).
- В. Р. Муниров, А. В. Филиппов, ЖЭТФ 144, 931 (2013).
- А. В. Филиппов, Письма в ЖЭТФ 115, 197 (2022).
- А. В. Филиппов, ЖЭТФ 161, 691 (2022).
- P. Debye and E. H¨uckel, Phys. Zeitschr. 24, 185 (1923).
- Г. Карслоу, Д. Егер, Теплопроводность твердых тел, Наука, Москва (1964)
- Г. Н. Ватсон, Теория бесселевых функций, Иностранная литература, Москва (1949), т.1.
- D. Langbein, Theory of Van der Waals Attraction, Springer Tracts in Modern Physics, Vol. 72, ed. by G. Hohler, Springer-Verlag, Berlin–Heidelberg–New York (1974).
- В. В. Батыгин, И. Н. Топтыгин, Сборник задач по электродинамике, Наука, Москва (1970).
- В. Смайт, Электростатика и электродинамика, Издателство иностарнной литературы, Москва (1954).
- В .Р. Муниров, А. В. Филиппов, ЖЭТФ 142, 594 (2012).
- E. S. Reiner, C. J. Radke, J. Chem. Soc. Faraday Trans.86, 3901 (1990).
- M. K. Gilson, M. E. Davis, B. A. Luty, and J. A. McCammon, J. Phys. Chem. 97, 3591 (1993).
- B. Lu, X. Cheng, T. Hou, and J. A. McCammon, J. Chem. Phys. 123, 084904 (2005).
- W. H. Press, W. T. Vetterling, S. A. Teukolsky, and B. P. Flannery, Numerical Recipes Example Book (FORTRAN), Cambridge University Press, Cambridge (1992).
- H. C. Hamaker, Physica 4, 1058 (1937).
- H. B. G. Casimir and D. Polder, Phys. Rev. 73, 360 (1948).
- Е. М. Лифшиц, ЖЭТФ 29, 94 (1955).
- И. Е. Дзялошинский, Е. М. Лифшиц, Л.П. Питаевский, ЖЭТФ 37, 229 (1959).
- Б. В. Дерягин, И. И. Абрикосова, Е. М. Лифшиц, УФН 185, 981 (2015).
- Ю. С. Бараш, В. Л. Гинзбург, УФН 143 , 345 (1984).
- Н. В. Чураев, Успехи химии 73, 26 (2004).
- D. J. Mitchell and B. W. Ninham, J. Chem. Phys. 56, 1117 (1972).
- R. G. Horn and J. N. Israelachvili, J. Chem. Phys. 75, 1400 (1981).
- J. Th. G. Overbeek, in Colloid Science, ed. By H. R. Kruyt, Vol. 1, p. 266, Elsevier, Amsterdam (1952).
- B. Vincent, J. Colloid. Interf. Sci. 42, 270 (1973).
- P. G¨orner and J. Pich, J. Aerosol Sci. 20, 735 (1989).
- J. Chen and A. Anandarajah, J. Colloid. Interf. Sci. 180, 519 (1996).
- G. Sh. Boltachev, N. B. Volkov, and K. A. Nagayev, J. Colloid. Interf. Sci. 355, 417 (2011).
- S. R. Gomes de Sousa, A. Leonel, and A. J. F. Bombard, Smart Mater. Struct. 29, 055039 (2020).
- А. А. Радциг, Б. М. Смирнов,Справочник по атомной и молекулярной физике, Атомиздат, Москва (1980).
- А. В. Филиппов, Н. А. Дятко, А. С. Костенко, ЖЭТФ 146, 1122–1134 (2014).
- А.В. Филиппов, В.Н. Бабичев, А. Ф. Паль, А. Н. Старостин, В. Е. Черковец, В. К. Рерих, М. Д. Таран, Физика плазмы 41, 969 (2015).
- W. Gautschi and J. Slavik, Math. Comput. 32, 865 (1978).