Электростатическое и ван-дер-ваальсовское взаимодействие наночастиц в электролитах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

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.

Об авторах

А. В Филиппов

Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований; Объединенный институт высоких температур РАН; Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет

Email: fav@triniti.ru

В. М Старов

Loughborough University

Автор, ответственный за переписку.
Email: fav@triniti.ru

Список литературы

  1. J. N. Israelachvili, Intermolecular and surface forces, 3rd ed., Elsevier, Amsterdam (2011), p.191.
  2. B. Honig and A. Nicholls, Science 268(5214), 1144 (1995).
  3. 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).
  4. 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.
  5. M. Manciu and E.Ruckenstein, Langmuir 17(22), 7061 (2001).
  6. H. Wennerstrom, E. Vallina Estrada, J. Danielsson, and M. Oliveberg, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 117(19), 10113 (2020).
  7. S. Su, I. Siretanu, D. van den Ende, B. Mei, G. Mul, and F. Mugele, Adv. Mater. 33, 2106229 (2021).
  8. D. F. Parsons, M. Bostr¨om, P. L. Nostro, and B. W. Ninham, Phys. Chem. Chem. Phys. 13(27), 12352 (2011).
  9. J. Klein, Friction 1(1), 1 (2013).
  10. K. Vo¨ıtchovsky, J. J. Kuna, S. A. Contera, E. Tosatti, and F. Stellacci, Nat. Nanotechnol. 5(6), 401 (2010).
  11. J. N. Israelachvili, Intermolecular and surface forces, Academic Press, Amsterdam (2015).
  12. Y. Liang, N. Hilal, P. Langston, and V. Starov, Adv. Colloid Interface Sci. 134-135, 151 (2007).
  13. N. M. Kovalchuk, D. Johnson, V. Sobolev, N. Hilal, and V. Starov, Adv. Colloid Interface Sci. 272, 102020 (2019).
  14. B. V. Derjaguin, N. V. Churaev, and V. M. Muller, Surface Forces, Consultants Bureau, N.Y. (1987).
  15. A. B. Glendinning and W. B.Russel, J. Colloid Interface Sci. 93(1), 95 (1983).
  16. S. L. Carnie and D. Y. C. Chan, J. Colloid Interface Sci. 161, 260 (1993).
  17. А. В. Филиппов, И. Н. Дербенев, ЖЭТФ 150, 1262 (2016).
  18. I. N. Derbenev, A. V. Filippov, A. J. Stace, and E. Besley, J. Chem. Phys. 145, 084103 (2016).
  19. А. В. Филиппов, И. Н. Дербенев, А. А. Паутов, М. М. Родин, ЖЭТФ 152, 607 (2017).
  20. I. N. Derbenev, A. V. Filippov, A. J. Stace, and E. Besley, Soft Matter 14, 5480 (2018).
  21. S. V. Siryk, A. Bendandi, A. Diaspro, and W. Rocchia, J. Chem. Phys. 155, 114114 (2021).
  22. W. R. Bowen and F. Jenner, Adv. Colloid Interface Sci. 56, 201 (1995).
  23. J. I. Kilpatrick, S.-H. Loh, and S. P. Jarvis, J. Am. Chem. Soc. 135(7), 2628 (2013).
  24. S. R. van Lin, K. K. Grotz, I. Siretanu, N. Schwierz, and F. Mugele, Langmuir 35(17), 5737 (2019).
  25. A. Klaassen, F. Liu, F. Mugele, and I. Siretan, Langmuir 38(3), 914 (2022).
  26. Г. Н. Ватсон, Теория бесселевых функций, Иностранная литература, М. (1949), т. 1
  27. G. N. Watson, A treatise on the theory of Bessel functions, Cambridge University Press, London (1922).
  28. 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.
  29. В. В. Батыгин, И. Н. Топтыгин, Сборник задач по электродинамике, Наука, М. (1970).
  30. L. N. McCartney and S. Levine, J. Colloid Interface Sci. 30(3), 345 (1969).
  31. G. M. Bell, S. Levine, and L. N. McCartney, J. Colloid.Interface Sci. 33(3), 335 (1970).
  32. H. C. Hamaker, Physica 4(10), 1058 (1937).
  33. Е. М. Лифшиц, ЖЭТФ 29, 94 (1955).
  34. И. Е. Дзялошинский, Е. М. Лифшиц, Л. П. Питаевский, ЖЭТФ 37, 229 (1959).
  35. Б. В. Дерягин, И. И. Абрикосова, Е. М. Лифшиц, УФН 185, 981 (2015).
  36. Ю. С. Бараш, В. Л. Гинзбург, УФН 143, 345 (1984).
  37. Н. В. Чураев, Успехи химии 73, 26 (2004).
  38. D. J. Mitchell and B. W. Ninham, J. Chem. Phys. 56, 1117 (1972).
  39. R. G. Horn and J. N. Israelachvili, J. Chem. Phys. 75(3), 1400 (1981).
  40. B. Vincent, J. Colloid.Interf. Sci. 42, 270 (1973).
  41. J. Chen and A. Anandarajah, J. Colloid Interface Sci. 180(2), 519 (1996).
  42. L. Bergstr¨om, Adv. Colloid Interface Sci. 70, 125 (1997).
  43. V. A. Parsegian and G. H. Weiss, J. Colloid.Interf. Sci. 81(1), 285 (1981).

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023