Particle Dynamics and Rapid Trapping in Electro-Osmotic Flow Around a Sharp Microchannel Corner
在这里，我们研究了好奇的粒子动力学产生的电渗流周围的微通道交界处的角落，其电介质壁是弱极化。流体动力学速度场通过与微通道和颗粒表面的平衡zeta电位和非线性感应电荷电渗流相关联的线性无旋项的叠加而获得，所述非线性感应电荷电渗流源自于外部施加的电场对它在固液界面处感应的电荷云的相互作用。粒子动力学分析考虑介电泳力通过添加一个迁移率项的流场在斯托克斯阻力定律的限制。前一个非发散自由项负责颗粒向尖锐的微通道接合角迁移，在那里它们可能积聚。各种应用的电场和微粒尺寸的粒子捕获的实验观察合理化的介电泳力和诱导电荷的贡献，随着外部施加的电场的强度增加的全球速度场的增长的相对重要性。
2014-04-29 physics.flu-dyn
Experimental Verification of Overlimiting Current by Surface Conduction and Electro-osmotic Flow in Microchannels
在无支撑电解质中，超过扩散限制的过限电流的可能机制已经被深入研究，因为它们在脱盐、分离、传感和能量存储中的基本意义和应用。在本体膜系统中，主要的物理机制是由膜表面上的电渗不稳定性驱动的电对流。最近有人预测，在微通道或多孔介质中的带电表面的限制有利于两个新的机制，电渗流（EEP）和表面导电（SC），驱动的耗尽区中的大电场作用在侧壁上的双电层。在这里，我们提供了第一个直接的证据，从SC到超临界通道高度以上的过渡，使用原位粒子跟踪和电流-电压测量的微/纳流体设备。过限电导对沟道深度（d）的依赖性与理论预测一致，SC的标度为d^-1，SiGe的标度为d^4/5，在d= 8 μ m附近发生跃迁。这一完整的表面驱动过限电流图像可以指导微流体和多孔介质中离子浓差极化现象的工程应用。
2014-09-10 physics.flu-dyn
Electro-osmotic Instability of Concentration Enrichment in Curved Geometries for an Aqueous Electrolyte
我们报告说，电渗浓度富集在弯曲的几何形状的水电解质的不稳定性，而不是众所周知的，是专门在富集界面（阳极），而不是在耗尽的（阴极）。对于这种不稳定性，不切实际的高材料Peclet数在平面几何形状的限制是消除了由线电荷奇异性所产生的强电场。在同心圆电极的模型设置中，我们通过稳定性分析、数值模拟和实验可视化表明，不稳定性发生在内部阳极处，低于临界曲率半径曲率半径。的稳定性判据也制定了一个临界电场和推广到任意（2d）几何形状的保角映射。这一发现表明，通过用针状电极触发这种不稳定性，可以在受盐富集限制的过程中增强运输，例如反渗透。
2020-08-03 physics.flu-dyn
Electro-Osmotic Instability and Chaos near Ion-Selective Surfaces
我们提出了一个“流体动力学视频”显示结果从直接数值模拟的电动运输在二元电解质中的两个系统：（1）旁边的离子选择性膜和（2）周围的金属圆柱体。控制方程是Poisson-能斯特-普朗克和Navier-斯托克斯和我们的DNS解决的时间和长度尺度与薄双电层。我们的研究结果表明过渡到混沌动力学时，施加的电压在整个特征长度尺度是超过一个阈值约0.5伏。在我们的论文[Druzgalski等人POF 25，110804（2013）]中给出了更多细节，特别是关于系统（1）的细节。
2013-10-12 physics.flu-dyn
Debye-Hueckel solution for steady electro-osmotic flow of a micropolar fluid in a cylindrical microcapillary
在Debye-Hueckel近似的约束下，导出了均匀圆柱形微毛细管中稳定、对称、一维电渗流的微极流体的速度、通量、微旋转、应力和力偶应力的解析表达式，当微毛细管的截面半径超过德拜长度时，只要zeta电位足够小.由于微极流体中的针状粒子可以旋转而不平移，因此微极性影响流体速度，流体通量和应力张量的两个非零分量之一。微极流体的轴向速度随半径的增大而增大。应力张量被限制在毛细管壁附近的区域，但耦合应力张量在横截面上是均匀的。
2011-12-05 physics.flu-dyn
Equilibrium Electro-osmotic Instability
自15年前预测电渗透不稳定性以来，电渗透不稳定性一直被归因于与电荷选择性界面处浓差极化过程中在极限电流处产生的扩展空间电荷有关的非平衡电渗透。这种归属有双重基础。首先，人们已经认识到，对于完全电荷选择性固体，平衡电渗不能产生不稳定性。其次，它已被证明，非平衡电渗可以。为了简单起见，第一个理论研究中，预测和分析的电渗不稳定性采用了完美的电荷选择性的假设，所以做了各种时间依赖性和非线性特征的电渗不稳定性的后续数值研究。在这封信中，我们表明，放宽假设完美的电荷选择性（相当于固定在固体中的电化学电位）允许平衡电渗不稳定性。此外，我们建议一个简单的实验测试，以确定真正的，无论是平衡或非平衡，起源的电渗不稳定性。
2014-03-18 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Modified Bernoulli Equation for Use with Combined Electro-Osmotic and Pressure-Driven Microflows
在本文中，我们在更传统的流体力学框架内介绍了电渗透（EO）流动。具体地说，修正的伯努利方程（即能量方程、机械能方程、管流方程等）被证明是适用于EO流，如果还包括一个电势能项。修正的伯努利方程中的损耗项的形式不受电场的存在的影响;即，损失项仍然表示壁剪切应力的影响，其可以通过摩擦因子表示。我们表明，纯EO流（没有施加压力梯度）的摩擦系数与雷诺数的基础上的Debeye长度的双电层成反比。给出了压力驱动和EO混合层流的摩擦系数表达式。这些被示出为雷诺数和几何形状的函数，以及所施加的电场的相对强度对所施加的压力梯度。
2012-01-05 physics.flu-dyn
Solvo-osmotic flow in electrolytic mixtures
我们表明，一个电场平行于电中性表面可以产生流动的电解质混合物在小通道。我们称之为溶剂渗透流，因为流动是由离子在液-固界面的不对称优先溶剂化引起的。所产生的流量是可比的大小无处不在的电渗流在带电表面，但对于一个固定的表面电荷密度，它的依赖性离子强度的定性不同。溶剂渗透流动也可以用温度敏感地控制。我们推导出一个修改后的Helmholtz-Smoluchowski方程，占这些影响。
2017-03-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Non-uniform electro-osmotic flow drives fluid-structure instability
我们证明了存在的流体结构的不稳定性所产生的电渗流与弹性基板的相互作用。考虑到软流体室中的流动的情况下，我们表明，在一定的电场阈值以上，由电渗流引起的负表压导致其弹性壁的崩溃。我们结合实验和理论分析来阐明不稳定的潜在机制，并确定几个不同的动态制度。这种不稳定性的理解是重要的电动系统的设计包含软元件。
2019-06-24 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Electro-osmotic flow through a nanopore
考虑了穿过绝缘膜的纳米孔的流体的电渗泵送。假设膜上的表面电荷的密度是均匀的，并且足够低以使泊松-玻尔兹曼方程线性化。功的互等定理给出了由施加的弱电场产生的流率，表示为对流体体积的积分。对于厚度为零的薄膜中的圆孔，解析结果可能达到求积。对于任意厚度的膜，完整的Poisson-Nernst-Planck-Stokes方程组用有限体积法数值求解。当膜厚大于孔径时，数值解与标准解析结果一致。当膜厚度较小时，流量与利用功的互等定理计算的流量一致。
2014-05-14 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Numerical analysis of dynamic electro-osmotic flows of non-Newtonian fluids in rectangular microchannels
在连续介质流体力学框架下，对矩形微通道内典型非牛顿流体在直流和交流电场作用下的瞬态电渗进行了数值分析。采用幂律本构模型来表示流体的动力粘度。采用有限元方法模拟了矩形微通道内幂律电渗液体流动的瞬态启动特性。在直流电场作用下，随着幂律流体流动特性指数的降低，流体对外部电场的惰性增强，稳态速度分布也变得更接近于塞状。数值计算也证实了广义Smoluchowski滑移速度的有效性，它可以作为对应的经典Smoluchowski滑移速度时，处理非牛顿幂律流体的电动流动。在交流电场作用下，随着流体行为指数的增大，振荡过程中流体的加速作用更加明显，振荡速度的幅值更接近广义Smoluchowski速度的幅值。这些动力学预测对于设计操纵非牛顿流体如生物流体、聚合物溶液和胶体悬浮液的微流体装置具有实际意义。
2015-07-22 physics.flu-dyn
AC-Driven Electro-Osmotic Flow in Charged Nanopores
本文报道了在交流电驱动下，具有恒定半径和电荷密度的带电纳米孔中的电渗流理论。我们解决了在不稳定条件下的离子和溶液传输，如Navier-Stokes和Nernst-Planck方程所描述的，考虑带电纳米孔内的电势在径向方向上均匀（均匀电势模型近似）。我们推导了孔隙与两个边界扩散层相连且阳离子和阴离子具有不同扩散系数的情况下的输运方程组。这种方法允许的理论描述的特征频率之间的相移所施加的电流密度和电渗流。此外，我们展示了如何分析的电渗耦合因子与AC频率的动态响应，使我们能够量化膜中的表观离子扩散系数。值得注意的是，预测相移的频率窗口正好在电渗流实验常用的采样率$f\in\left[10^{-4},10^1\right]$ Hz内，因此所提出的方法可用于确定带电膜中离子（例如液流电池的氧化还原络合物）的表观扩散系数。
2018-05-28 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Electromigration dispersion in a capillary in the presence of electro-osmotic flow
离子在外加电场中的差异迁移是毛细管电泳分离化学物质的基础。浓度峰的轴向扩散限制了分离效率。当样品离子的浓度与背景离子的浓度相当时，观察到电迁移分散。在这样的条件下，局部电导率在样品区中显著改变，使得电场和离子迁移速度依赖于浓度。由此产生的非线性波表现出类似激波的特征，在某些简化假设下，可用Burgers方程（S。Ghosal和Z.在这篇论文中，我们考虑了更一般的情况，其中分离通道的壁可以具有非零zeta电位，因此能够维持电渗透整体流。主要结果是一维非线性对流扩散方程的面积平均浓度。该均匀化方程考虑了沿壁的电渗滑移速度变化引起的泰勒-阿里斯分散。结果表明，在一定的参数范围内，电渗流实际上可以通过延迟浓度冲击的形成来减少总分散。然而，如果电渗流足够高，则由于Taylor-Aris贡献，总分散增加。
2012-03-08 cond-mat.soft physics.bio-ph physics.flu-dyn
Regulating Aggregation of Colloidal Particles in an Electro-Osmotic Micropump
通过微流体通道的不受限制的颗粒输送对于包括芯片实验室设备在内的广泛应用至关重要。在这篇文章中，我们使用视频显微镜研究了在盐梯度存在下，胶体颗粒在微米级二氧化硅通道开口处的电渗聚集。颗粒聚集最终导致通道堵塞，这可以通过施加的电势的时间调节反转来解除。我们通过斯托克斯-泊松-能斯特-普朗克方程在一个几何形状，近似真实的样品数值模拟我们的系统。这使我们能够识别由电场和盐梯度诱导的运输过程，并提供其平衡导致聚集的证据。我们进一步实验证明，通过通道的胶体的净流量可以通过施加具有适当调谐的占空比的方波电势来实现。我们的研究结果有助于指导微流体和纳米流体泵的设计，允许受控的颗粒传输，并为超滤中的防污提供新的见解。
2021-03-31 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Generic transport coefficients of a confined electrolyte solution
表征电动运输在一个封闭的电解质溶液中的物理参数重建从经典的非平衡统计热力学框架内获得的通用传输系数。电渗流、扩散渗流、渗透流以及压力驱动的Poiquilille型流、导电和离子扩散都由这组输运系数来描述。通过分子动力学（MD）模拟，证明了在两个平行带电表面之间具有纳米间隙的NaCl水溶液的重构。一个绿色的Kubo的方法来评估的传输系数的线性响应制度，和由压力，电力和化学势场引起的通量进行比较与非平衡MD模拟的结果。利用该数值格式，研究了盐浓度对输运系数的影响。在高表面电荷密度和高附加盐浓度下，观察到扩散渗透电流和电渗流的异常反转。
2014-11-16 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Electro-osmosis on anisotropic super-hydrophobic surfaces
我们给出了一个一般的理论描述的电渗流在条纹超疏水表面在薄双层限制，并推导出之间的电渗透流动和流体动力学滑移长度张量的关系。我们的分析表明，电渗流表现出非常丰富的行为控制滑移长度和电荷在气体部门。在不带电的液-气界面的情况下，相对于具有零界面滑移的均匀通道中的流动，流动是相同的或被抑制的。相比之下，它可以放大几个数量级的滑移区均匀充电。当气体和固体区域带相反的电荷时，我们预测流动反转，这表明即使对于电中性表面也可能存在巨大的电渗滑移。在这些观察的基础上，我们提出了实用的微流体混合装置的策略。这些结果为超疏水表面的合理设计提供了一个框架。
2011-07-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Analysis of electro-osmotic flow in a microchannel with undulated surfaces
研究了在外加电场作用下，两起伏表面间通道内的电渗流。沟道的间隙非常小，与双电层的厚度相当。用格子Boltzmann方法模拟了电位的Poisson方程、离子浓度的Nernst-Planck方程和电解质溶液流动的Navier-Stokes { \color{black}方程}组成的模型。一个分析模型，预测流量的假设下，通道的宽度是非常小的沿通道的变化的特征长度相比，也来自。将解析结果与用格子玻尔兹曼方法得到的数值结果进行了比较。在沿通道的表面电荷密度恒定的情况下，通道宽度的变化减小了电渗流，并且流率小于直通道的流率。在表面电荷密度均匀分布的情况下，即使在沿通道的零净表面电荷的限制下，也会发生单向流动。
2016-05-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.comp-ph
Fast and Versatile Thermo-osmotic Flows with a Pinch of Salt
热渗透流--微流体和纳流体系统中由热梯度产生的流动--可以提供一种收集废热的替代方法。然而，这样的使用将需要大量的热渗透流，到目前为止，这只适用于特殊和昂贵的材料。因此，迫切需要设计负担得起的纳米流体系统显示大的热渗透系数。在本文中，我们提出了一个一般模型的热渗透的含水电解质在带电的纳米流体通道，考虑到流体动力学滑移，连同不同的溶剂和溶质的贡献的热渗透响应。我们将此模型应用于广泛的系统，通过研究润湿，盐的类型和浓度，和表面电荷的影响。我们表明，强烈的热渗流可以产生滑动带电表面。我们还预测中间润湿的过渡从嗜热的嗜热行为取决于表面电荷和盐浓度。总的来说，这个理论框架开辟了一条途径，控制和操纵热诱导流与共同的带电表面和一小撮盐。
2021-10-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Molecular Dynamics Study of Electro-Osmotic Flow in a Nanochannel with Molybdenum Disulfide Walls
本文首次用分子动力学研究二硫化钼纳米通道中NaCl溶液的电渗流，揭示Stern层随表面电荷密度和盐浓度的变化规律，并发现高表面电荷密度下出现反向流动，且与黑磷烯通道相比反向流动发生在更低电荷密度和更高峰值速度下。
2023-12-01 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Achieving large zeta-potentials with charged porous surfaces
我们讨论了附近的电渗流充电多孔涂层的有限的流体动力学渗透性，浸渍与外部电解质溶液。它示出，它们的电动（zeta）电位一般增强相比，表面静电电位，由于在它们的表面出现由于电渗流中的反离子多孔膜的电渗流的大的液体滑移。内流表现出由涂层的体积电荷密度、其Brinkman长度和添加盐的浓度控制的非常丰富的行为。有趣的是，即使对于相对小的Brinkman长度，在某些情况下，zeta电位也可以变得很大，从而在本体电解质中提供非常快的外流。当Brinkman长度足够大时，即使表面电势几乎为零，zeta电势也可能非常高。为了以一种简单的方式描述的滑移速度，我们引入了电渗滑移长度的概念，并证明后者总是由多孔膜的流体动力学渗透率定义的，并且还取决于该制度，无论是由其体积电荷密度或盐浓度。这些结果提供了一个框架，多孔涂层的合理设计，以提高电动现象，并调整其性能，通过调整体电解质浓度，直接应用于微流体。
2020-08-10 physics.chem-ph physics.flu-dyn
Electro-hydrodynamics near Hydrophobic Surfaces
我们发现，附近的光滑的疏水表面的电渗流强烈依赖于表面电荷的流动性，这是平衡的静电扩散层的反离子。对于具有固定电荷的疏水性表面，流体传输由于流体动力学滑移的存在而被显著放大。相反，在疏水表面附近的移动吸附电荷，它也是由一个额外的电力，这增加了在滑动界面的剪切应力控制。为了解释这一点，我们制定了电流体动力学边界条件在滑动界面，这应该被应用到量化的电渗流，而不是流体动力学边界条件。我们的理论预测完全支持耗散粒子动力学模拟与明确的收费。这些结果导致一个新的解释的zeta电位的疏水表面。
2015-02-20 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Nonaxisymmetric instabilities in turbulent electromagnetic pumps
采用三维直接数值模拟方法研究了环形电磁泵的稳定性。当感应效应主导耗散过程时，线性感应电磁脉冲变得不稳定，并导致非轴对称状态相对不同于以前的理论模型所预测的。我们表明，三维不稳定的流是深深连接到轴对称状态，总是出现作为一个局部失速流的二次分叉，即使所施加的磁场是轴对称的。最后，我们建立了一个旨在优化泵效率的配置模型，通过在泵的两侧（内缸和外缸）施加电流。这种构造提高了泵的效率，但是产生了复杂的动力学，其与位于泵的活动区域中的大涡流的周期性振荡相关联。最后，我们证明了这种电磁泵的效率存在一个上限，它永远不会超过50%。
2019-12-13 physics.flu-dyn
Pump-driven droplet electrohydrodynamics: deformation, pinch-off and recoalescence
本文提出热力学一致的相场框架耦合电扩散与流体流动，揭示界面离子泵通过内部驱动机制有效控制液滴的变形、夹断、再聚结及分选。
2025-09-11 physics.flu-dyn
Colloid recovery from porous structures under ambient flow: enhanced extraction via phoretic and osmotic mechanisms
Indian Institute of Technology Kanpur（印度理工学院坎普尔分校）
研究环境流动下多孔结构中胶体的回收，通过有限元模拟表征溶质梯度方向（溶质流出和溶质流入模式）对电泳和渗透胶体提取的影响，揭示不同模式下胶体提取行为及扩散渗透滑移增强作用，为相关领域提供指导。
2026-10-08 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Tuning diffusioosmosis of electrolyte solutions by hydrostatic pressure
Frumkin Institute of Physical Chemistry and Electrochemistry, Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院弗鲁姆金物理化学与电化学研究所）
本文研究了均匀带电长槽中因静水压差Δp而产生的扩散电渗流，推导了流体流量Q的表达式，并探讨了静水压对浓度和表面电势分布的影响。
2026-04-24 cond-mat.soft physics.chem-ph physics.flu-dyn
Enhanced zeta potentials caused by surface ion mobilities
本文研究了导电壁附近扩散Stern层对电渗流的影响，提出有效滑移边界条件并引入迁移率参数$μ$，导出其解析方程，发现zeta电势通常超过表面电势从而放大电渗流。
2025-08-11 cond-mat.soft physics.flu-dyn
An efficient dissipative particle dynamics-based algorithm for simulating electrolyte solutions
提出了一种基于耗散粒子动力学（DPD）方法的高效模拟算法，用于研究电解质流体中的电流体动力学现象。用DPD粒子模拟流体流动，而用布朗伪粒子描述离子种类的浓度的演变。该方法是特别为高盐浓度的系统设计的，因为盐离子的显式处理在计算上变得昂贵。为了说明，我们将该方法应用于图案化的超疏水表面上的电渗流。结果与最近的理论预测吻合得很好。
2015-01-01 cond-mat.soft physics.comp-ph physics.flu-dyn
