Elektrostaticheskoe i van-der-vaal'sovskoe vzaimodeystvie nanochastits v elektrolitakh
- Авторлар: Filippov A.1, Starov V.1
-
Мекемелер:
- Шығарылым: Том 117, № 7-8 (4) (2023)
- Беттер: 604-611
- Бөлім: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/0370-274X/article/view/145195
- DOI: https://doi.org/10.31857/S1234567823080074
- EDN: https://elibrary.ru/WFDPTC
- ID: 145195
Дәйексөз келтіру
Аннотация
Рассмотрено электростатическое взаимодействие наночастиц, обусловленное перекрытием двойных электрических слоев, и взаимодействие Ван-дер-Ваальса, вызванное квантовыми и термодинамическими флуктуациями электромагнитных полей. Электростатическое взаимодействие рассмотрено на основе линеаризованного уравнения Пуассона-Больцмана для частиц с фиксированным электрическим потенциалом их поверхности. Получено точное решение задачи как для одинаковых частиц, так и для частиц сильно отличающихся размеров. Для взаимодействия Ван-дер-Ваальса учтено экранирование статических флуктуаций и запаздывание электромагнитных полей для дисперсионной части взаимодействия. Рассчитана полная энергия взаимодействия двух частиц для диапазона возможных концентраций ионовв электролите от 10-2 до 10-6 моль/л и размеров наночастиц от 1 до 103 нм. Обнаружено преобладание силы Ван-дер-Ваальса над силой экранированного электростатического отталкивания при высоких концентрациях электролита в диапазоне от 10-2 до 10-3 моль/л как при малых, так и при больших межчастичных расстояниях.
Әдебиет тізімі
- J. N. Israelachvili, Intermolecular and surface forces, 3rd ed., Elsevier, Amsterdam (2011), p.191.
- B. Honig and A. Nicholls, Science 268(5214), 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, World Scienti c, Singapore (2014), v. 1.
- M. Manciu and E.Ruckenstein, Langmuir 17(22), 7061 (2001).
- H. Wennerstrom, E. Vallina Estrada, J. Danielsson, and M. Oliveberg, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 117(19), 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).
- J. Klein, Friction 1(1), 1 (2013).
- K. Vo¨ıtchovsky, J. J. Kuna, S. A. Contera, E. Tosatti, and F. Stellacci, Nat. Nanotechnol. 5(6), 401 (2010).
- J. N. Israelachvili, Intermolecular and surface forces, Academic Press, Amsterdam (2015).
- Y. Liang, N. Hilal, P. Langston, and V. Starov, Adv. Colloid Interface Sci. 134-135, 151 (2007).
- 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, N.Y. (1987).
- A. B. Glendinning and W. B.Russel, J. Colloid Interface Sci. 93(1), 95 (1983).
- S. L. Carnie and D. Y. C. Chan, J. Colloid Interface 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).
- 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(7), 2628 (2013).
- S. R. van Lin, K. K. Grotz, I. Siretanu, N. Schwierz, and F. Mugele, Langmuir 35(17), 5737 (2019).
- A. Klaassen, F. Liu, F. Mugele, and I. Siretan, Langmuir 38(3), 914 (2022).
- Г. Н. Ватсон, Теория бесселевых функций, Иностранная литература, М. (1949), т. 1
- G. N. Watson, A treatise on the theory of Bessel functions, Cambridge University Press, London (1922).
- D. Langbein, Theory of Van der Waals Attraction, Springer Tracts in Modern Physics, ed. by G. Hohler, Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, N.Y. (1974), v. 72.
- В. В. Батыгин, И. Н. Топтыгин, Сборник задач по электродинамике, Наука, М. (1970).
- L. N. McCartney and S. Levine, J. Colloid Interface Sci. 30(3), 345 (1969).
- G. M. Bell, S. Levine, and L. N. McCartney, J. Colloid.Interface Sci. 33(3), 335 (1970).
- H. C. Hamaker, Physica 4(10), 1058 (1937).
- 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(3), 1400 (1981).
- B. Vincent, J. Colloid.Interf. Sci. 42, 270 (1973).
- J. Chen and A. Anandarajah, J. Colloid Interface Sci. 180(2), 519 (1996).
- L. Bergstr¨om, Adv. Colloid Interface Sci. 70, 125 (1997).
- V. A. Parsegian and G. H. Weiss, J. Colloid.Interf. Sci. 81(1), 285 (1981).