Электростатическое и ван-дер-ваальсовское взаимодействие наночастиц в электролитах

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».