Ions at the air-water interface: An end to one hundred year old mystery?
气溶胶表面存在的高活性卤素离子对大气化学有着巨大的影响。然而，无论是模拟，实验，或现有的理论都不能提供一个完全一致的描述电解质-空气界面。在本文中，提出了一个新的理论，它使我们能够明确地计算离子密度分布，表面张力，和静电电势差在溶液-空气界面。的理论预测进行了比较实验，并发现是非常一致的。该理论还为物理化学中最古老的难题之一--霍夫迈斯特效应--提供了新的线索。
2009-12-18 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Field theoretic calculation of the surface tension for a model electrolyte system
本文采用等效于Debye-Hückel近似的自由场论的累积展开式，对模型电解质的表面张力进行了一阶计算。与以往的计算相比，表面张力是直接计算的，而不求助于整合热力学关系。所考虑的系统是一种单价电解质，在界面处有一个宽度为h的区域，其中排除了离子物种。在外部介电常数ε_0小于电解质溶液的介电常数ε的情况下，我们表明，在这个顺序的计算可以完全正则化。在h取为零的情况下，恢复了稀电解质溶液的过量表面张力的Onsager-Samaras极限定律，并从ε_0/ε 2的非零值进行了校正。
2003-11-07 cond-mat.soft
Three-phase contact line and line tension of electrolyte solutions in contact with charged substrates
采用经典的密度泛函理论，在晶格模型下，研究了电解质溶液的气液界面与带电平面基底相交形成的三相接触线.分析了衬底电荷密度和溶液离子强度对三相接触线的本征结构和相应的线张力的影响。我们发现一个负的线张力的所有值的表面电荷密度和考虑的离子强度。线张力的强度随着接触角的减小而减小，这是通过改变温度或衬底电荷密度实现的。
2015-11-16 cond-mat.soft
Surface Tension of Aqueous Electrolyte Solutions. A Thermomechanical Approach
本研究基于Wang变分场论框架下推导的应力张量，采用热力学力学方法得到电解质水溶液表面张力的线性近似解析表达式，仅用一个拟合参数即可拟合宽浓度范围下溶液-空气、溶液-十二烷界面的多种实验数据。
2024-04-17 cond-mat.soft
Surface tension of electrolytes: Hydrophilic and hydrophobic ions near an interface
我们计算了两个和三个离子物种的高极性和低极性流体（水和油）的流体混合物中的界面周围的离子分布。我们考虑了溶剂化和图像之间的相互作用离子和溶剂。我们发现，亲水性和疏水性离子往往会在界面处发生微相分离，从而产生扩大的双电层。我们还推导出电解质体系的表面张力的一般表达式，其中包含负的静电贡献的体积盐密度的平方根成正比。对于亲水性离子对，该平方根项的幅度较小，但对于亲水性和疏水性离子对，该平方根项的幅度大大增加。对于三种离子种类，包括亲水性和疏水性离子，我们计算的离子分布来解释那些通过X射线反射率测量。
2008-05-14 cond-mat.soft
Liquid-liquid interfacial tension of electrolyte solutions
从理论上证明了两种电解质溶液之间的过剩液-液界面张力作为离子强度I的函数，在小I时渐近地表现为O（- I^0.5），在大I时渐近地表现为O（+- I）。前者政权是占主导地位的静电势由于两种液体之间的离子的不平等的分区，而后者政权是有限的界面厚度有关。两个渐近制度之间的交叉敏感地依赖于材料参数，这表明，根据实际的系统调查，实验可访问的范围内的离子强度可以对应于小或大的离子强度制度。在液-气界面的极限情况下，当离子强度I较小时，镜像电荷相互作用可以支配表面张力，从而满足Onsager-Samaras极限定律O（- I ln（I））。所提出的图像与更精细的模型和已发表的测量结果一致。
2008-07-04 cond-mat.soft
Surface Tension of Acid Solutions: Fluctuations beyond the Non-linear Poisson-Boltzmann Theory
我们扩展了我们以前的研究离子溶液的表面张力，并将其应用到具有强离子-表面相互作用的酸（和盐）的情况。这些离子-表面相互作用产生非线性边界条件，由于从本体到界面上的离子的吸附，具有有效的表面电荷。计算是使用环路展开技术完成的，其中零环路（平均场）对应于非线性Poisson-Boltzmann方程。的表面张力得到解析的单回路的顺序，其中的平均场的贡献是一个修改的Poisson-Boltzmann表面张力，和单回路的贡献给出了一个推广的Onsager-Samaras结果。我们的理论很好地适用于各种不同的酸和盐，并且与酸的逆Hofmeister级数一致。
2016-08-28 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Study of Interfacial Tension between an Organic Solvent and Aqueous Electrolyte Solutions Using Electrostatic Dissipative Particle Dynamics Simulations
采用静电耗散粒子动力学（DPD）模拟方法研究了有机溶剂与电解质水溶液界面性质的改变。本文考虑了Flory-Huggins \c{hi}参数与电解质浓度和种类的关系，利用活度系数计算了电解质组分的DPD排斥参数aij的参数化。进而，使用实验数据获得电解质的活度系数作为其浓度的函数，以估计\c{hi}参数，然后估计aij系数。我们通过研究正十二烷和水的混合物中的界面张力来验证这种参数化，改变不同无机盐（NaCl，KBr，Na 2SO 4和UO 2Cl 2）的浓度。还分析了正十二烷/水混合物中HCl的情况，并给出了结果。我们的模拟再现的实验数据与以前的工作很好的协议，表明使用的活动系数，以获得的排斥DPD参数aij作为浓度的函数是一个很好的替代这些类型的系统。
2012-11-28 cond-mat.soft physics.chem-ph
Electrostatic interaction between non-identical charged particles at an electrolyte interface
在这篇论文中，我们研究了一对不同的，中等电荷的胶体粒子之间的横向静电相互作用被困在电解质界面在短期内粒子间的分离的限制。使用一个简化的模型系统，我们解决了线性泊松-玻尔兹曼理论和经典的密度泛函理论的框架内解析的问题。在第一步中，我们精确地计算系统内部的静电势以及广泛使用的叠加近似。然后利用这些结果计算了粒子间的表面和线相互作用能量密度。相反的情况下，相同的粒子，取决于系统的参数，我们得到的表面和线的相互作用可以随着粒子之间的不同分离的非单调变化和叠加近似在大多数情况下无法预测正确的定性行为。此外，叠加近似无法定量预测的能量贡献，即使在很大的距离。我们还提供了常数（独立于粒子间分离）相互作用参数的表达式，即，表面张力，线张力和界面张力。我们的研究结果预计将用于模拟粒子在流体界面的相互作用，特别是使用带相反电荷的粒子的乳液稳定。
2017-10-15 cond-mat.soft physics.chem-ph
Systematic incorporation of the ionic hard-core size into the Debye-Huckel theory via the cumulant expansion of the Schwinger-Dyson equations
本文利用带硬核相互作用的 Schwinger-Dyson 方程累积量展开修正 DH 理论，使一价电解质活度与压强预测在摩尔浓度下仍保持准确，并符合 Hofmeister 阳离子序列。
2024-01-02 cond-mat.soft
Line tension and reduction of apparent contact angle associated with electric double layers
用解析法和数值法计算了非极性基片上电解质润湿时的线张力。结果表明，根据表观接触角的值，可以获得正或负的线张力值。此外，杨氏接触角和在远离三相接触线的几个德拜长度处测量的表观接触角之间存在显著差异。当将结果应用于水润湿高度带电表面时，可以实现与最近实验中发现的相同数量级的线张力值。因此，提出的理论可能有助于线张力测量的理解，并指出静电线张力的重要性。被强烈依赖于界面电荷密度，静电线张力被发现是可调的通过所涉及的电解质的pH值。作为一个实际的结果，吸附在流体-流体界面的纳米粒子的稳定性预测是依赖于pH值。该理论适用于未来纳入的影响，由于表面活性剂，甚至更大的线张力值可以预期。
2014-11-05 cond-mat.soft physics.chem-ph
Wedge wetting by electrolyte solutions
利用经典的密度泛函理论研究了电解质溶液对带电楔形壁的润湿。在其他研究楔形润湿，这种几何形状被认为是最简单的偏离平面基板，它作为第一步，更复杂的流体约束。通过关注含有离子和表面电荷的流体，涵盖了真实系统的特征，这些特征在绝大多数以前的理论研究中是无法获得的，这些理论研究集中在与不带电的楔形物接触的简单流体上。特别是，充电楔的填充过渡必然是一阶的，因为带电衬底的润湿过渡是一阶的，并且有效界面电位中的势垒持续低于平面壁的润湿过渡;因此，预计离子系统不会发生临界填充过渡。详细分析了临界张开角对表面电荷的依赖关系，以及填充高度、楔形吸附和线张力对张开角和表面电荷的依赖关系。
2017-09-13 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.chem-ph
Fluctuations of a driven membrane in an electrolyte
我们开发了一个模型驱动的细胞-或人工膜的电解质。通过施加DC电场或通过浓度梯度使系统远离平衡，这使得离子流过特定的离子传导单元（代表泵、通道或天然孔）。我们考虑了平面几何和Debye-Hückel区域的情况，得到了Stokes流体力学中的膜运动方程。在稳定状态下，施加的电场导致靠近膜的电荷积累，这与平衡情况类似，可以用重整化膜张力和弯曲模量来描述。然而，相对于平衡的情况下，我们发现新的条款中的膜运动方程，特别是出现在平衡的情况下。我们表明，这些条款导致在某些条件下的不稳定性。
2006-09-20 cond-mat.soft
Ionic profiles close to dielectric discontinuities: Specific ion-surface interactions
我们研究，通过将短程离子表面相互作用，离子配置文件的电解质溶液接近两个电介质之间的非带电界面。为了考虑重要的相关效应接近界面，离子的配置文件计算超出平均场论，使用的自由能的环路扩展。我们展示了它是如何可能克服众所周知的缺陷，经常循环膨胀接近介电跳跃，和治疗的非线性边界条件的框架内的场论。的离子配置文件得到解析的一个回路的自由能的顺序，并研究它们对不同的离子表面相互作用的依赖。吉布斯吸附等温线，以及离子配置文件被用来计算的表面张力，在协议与反向霍夫迈斯特系列。因此，从实验测量的表面张力，可以提取一个单一的粘附性参数，它可以在我们的模型中使用，以定量预测难以测量的离子分布。
2016-07-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Variational approach for electrolyte solutions: from dielectric interfaces to charged nanopores
发展了一种变分理论来研究电解质溶液，由相互作用的点状离子在溶剂中，在存在介电不连续性和电荷的边界。三个重要的和非线性的静电效应引起的这些接口考虑：表面电荷引起的静电场，溶剂化能量由于离子云，和图像电荷排斥。因此，我们的变分方程超越了平均场论.盐浓度，离子价态，介电跳跃，和表面电荷的影响进行了研究，在两种几何形状。i）具有不对称电解质的单一中性空气-水界面。由于共离子和反离子的不同镜像电荷排斥，建立了电荷分离和静电场。电荷分布和表面张力计算和比较以前的近似计算。对于靠近带电表面的对称电解质溶液，其特征在于两个区域。在第一个，与耦合参数的对数成比例的大小，强的图像力施加总离子排斥，而在第二区的平均场方法适用。ii）限制在两个介电界面之间的对称电解质作为纳米孔离子排斥的简单模型。研究了膜电荷对反离子的排斥和吸引之间的竞争。对于小的表面电荷，反离子分配系数随着孔径的增加而减小，直到临界孔径，与中性膜相反。对于较大的孔径，整个系统表现得像一个中性孔。变分法的预测也进行了比较MC模拟和观察到一个很好的协议。
2010-03-31 cond-mat.soft
The surface potential explains ion specific bubble coalescence inhibition
假设：某些离子可以阻止气泡在水中聚合。Gibbs-Marangoni压力已经被提出来解释这种现象。当存在表面增强或表面耗尽的溶质时，在薄膜排水期间发生该排斥压力。然而，已知气泡聚结抑制取决于以特殊且无法解释的方式存在的离子的特定组合。这种依赖性可以通过由界面处的离子分布产生的静电表面电势来解释，静电表面电势将改变离子的自然表面倾向，从而改变吉布斯-马兰戈尼压力。计算方式：一个广义形式的吉布斯-马兰戈尼压力推导出的混合物的溶质和一个修改后的泊松-玻尔兹曼方程模型是用来计算此压力的五种不同的电解质溶液由四种不同的离子。发现：结合具有不同表面倾向的离子，即，一个增强，一个耗尽，产生显著的静电表面电势，其抑制这些离子的自然表面倾向，导致吉布斯-马兰戈尼压力降低，这允许气泡聚结。这种机制解释了为什么电解质抑制气泡聚结的能力与纯电解质的表面张力相关，而与混合电解质无关。
2021-05-12 cond-mat.soft
Molecular modeling of aqueous electrolytes at interfaces: effects of long-range dispersion forces and of ionic charge rescaling
水性电解质的分子动力学模拟通常依赖于经验力场，结合分散相互作用（由截断的Lennard-Jones（LJ）势描述）和静电相互作用（由用长程求解器计算的库仑势描述）。最近，力场使用重新缩放的离子电荷（电子连续校正，ECC），可能补充与重新缩放的LJ参数（电子连续校正重新缩放，ECCR），已经显示出有前途的结果，在散装，但他们的性能在界面上已经较少探索。在这里，我们开始探索的LJ电位截断的氯化钠水溶液的表面张力的影响。我们发现截断LJ相互作用与一个大的截止和未截断LJ相互作用计算与远程求解器，这可以偏置力场预测与实验比较的数值预测之间的差异。使用LJ相互作用的长程求解器，然后我们表明，选择用于校正长程静电相互作用的离子电荷重新缩放因子也准确地描述了液-气界面处的图像电荷排斥，并且ECCR模型中LJ参数的重新标度-旨在捕获本体中的局部离子-离子和离子-水相互作用-也很好地描述了液体中离子双层的形成-蒸汽界面总的来说，这些结果表明，在界面处的水性电解质的分子建模将受益于使用远程求解分散力，并从使用ECCR模型，其中电荷重新缩放因子应被选择来校正远程静电相互作用。
2020-06-09 cond-mat.soft physics.comp-ph
Applying a potential across a biomembrane: electrostatic contribution to the bending rigidity and membrane instability
我们研究了由不同电解质包围的非导电不可压缩膜由于外部电势的存在对生物膜力学性能的影响。通过求解静电势的Debye-Huckel方程和Laplace方程，并使用相关的应力张量，我们发现：在（1）中。小屏蔽长度限制，其中德拜屏蔽长度小于电极之间的距离，屏蔽证明所有静电相互作用是短程的，并且施加电势的主要影响是减小膜张力并增加抗弯刚度;导出了静电对张力和弯曲刚度的贡献的显式表达式作为施加电势的函数，德拜屏蔽长度以及膜和溶剂的介电常数。对于足够大的电压，预期对张力的负贡献会引起膜拉伸不稳定性。对于（2.）介电极限，即无盐（以及与电极之间的距离相比小的波矢），当两侧上的介电常数不同时，所施加的电势引起有效（未屏蔽的）膜电荷密度，其长程相互作用预期导致膜波动不稳定性。
2007-03-27 cond-mat.soft
Marangoni Fingering Instabilities in Oxidizing Liquid Metals
铕镓铟（EGaIn）是一种室温液态金属合金，在室温下具有任何液体中最大的张力，但仍然可以经历指状不稳定性。这种效应的产生是因为在施加电压下，氧化物沉积在金属表面上，这导致界面张力降低，从而允许在重力下扩散。了解室温液态金属的铺展动力学对于发展软电子学和理解具有极端表面张力的液体的流体动力学是重要的。当所施加的电压或氧化速率变得过高时，EGaIn经历指状不稳定性，包括尖端分裂，这是由于界面上的马兰戈尼应力而发生的。我们的实验是用放置在电解质（氢氧化钠）中的EGaIn液滴进行的;通过将EGaIn放置在铜电极上，EGaIn很容易润湿，我们能够控制EGaIn指状物的初始宽度，设置扩展的初始条件。观察到两个转变：（1）最小电流密度，在该最小电流密度下，所有指状物变得对较窄指状物不稳定;（2）电流密度，在该最小电流密度下，较宽指状物经历单个分裂事件而变成两个较窄指状物。我们提出了一个相图作为电流密度和初始指宽度的函数，并确定了最小宽度，低于该单一尖端分裂不会发生。
2020-11-19 cond-mat.soft physics.flu-dyn
Intentionally added ionic surfactants induce Jones-Ray effect at air-water interface
琼斯-射线效应是在毫摩尔盐浓度下含水电解质的表面张力中的异常最小值。我们的实验表明，有意添加离子表面活性剂诱导琼斯射线效应。一维Poisson-Boltzmann理论，包括表面活性剂吸附和盐耗尽的影响，很好地符合所获得的实验数据。理论中所用的离子比表面亲合能的所有参数都与以前的实验相一致。这些结果有力地表明，到目前为止观察到的琼斯射线效应已引起的空气-水界面的不可避免的污染。
2018-10-19 cond-mat.soft physics.chem-ph
Density functional theory of electrowetting
电湿润现象，即，根据润湿的密度泛函理论分析了流体的宏观接触角对基底静电势的依赖性。结果表明，电润湿不是电毛细效应，即，根据衬底-流体界面张力随静电衬底电势的变化，不能一致地理解这一点，但它与有效界面电势的深度有关。到目前为止一直被忽视的关键特征是，如果一种流体与另一种流体接触，它的结构会发生变化，这是密度泛函方法中自然发生的。这些结构变化在本发明的上下文中发生为在衬底和另一流体相的主体之间形成一种流体相的有限膜。跨这种膜-体相流体界面的非零唐南电位（伽伐尼电势差）（其通常由于溶解度对比的差异导致的离子的不均等分配而发生）导致电润湿方程中的校正项，其变得与足够小的衬底电位相关。然而，本密度泛函方法证实了常用的基于电毛细作用的电润湿方程作为金属电极或涂覆有疏水电介质的电极与电解质溶液和无离子油接触的情况的良好近似，对于涂覆有亲水性电介质或与两种不混溶电解质接触的电介质的电极，解决方案
2014-02-10 cond-mat.soft physics.chem-ph
Ions at hydrophobic interfaces
我们认为，kosmotropes保持强烈的水化在附近的疏水表面，而离液剂失去其水化壳，可以成为吸附到界面。吸附的机制仍然是一个争论的主题。我们认为，有两个驱动力的阴离子吸附：疏水空化能和水的界面静电表面电位。虽然空化对离子吸附的贡献现在被广泛接受，但静电表面电位的作用却不太清楚。困难的是，甚至这个潜在的符号是一个有争议的主题，从头算和经典力场模拟预测静电表面电位的相反符号。在本文中，我们将认为，强阴离子吸附中发现的极化力场模拟是人工静电表面电位存在于经典的水模型的结果。我们将表明，如果吸附的阴离子是大的可极化力场模拟预测的，过量的表面张力的碘化钠溶液将是强烈的负，相反的实验测量。虽然重卤化物的大极化率是一个基本属性，必须包括在现实的建模的电解质溶液，我们认为，点电荷水模型，研究到目前为止，是不兼容的极化离子力场时，平移对称性被打破。未来的目标应该是发展具有非常低的静电表面电位的水模型。我们相信，这样的水模型将是兼容的极化力场，然后可以用来研究离子与疏水表面和蛋白质的相互作用。
2018-02-13 cond-mat.soft
Foamability of aqueous solutions: Role of surfactant type and concentration
本文研究了控制各种表面活性剂溶液起泡性的主要表面特性。阴离子，阳离子和非离子表面活性剂与不同的头部基团和链长的实验进行在一个很宽的浓度范围内，从0.001 mM到100 mM。电解质的浓度也从0变化到100 mM。对于所有的表面活性剂的研究，三个区域中的发泡性，VA，表面活性剂浓度的对数，lgCS的依赖，观察。在区域1中，VA非常低，并且弱依赖于CS。在区域2中，VA随着CS急剧增加。在区域3中，VA达到平台。一个关键的新要素，在我们的解释发泡数据是，我们使用的表面张力测量，以确定依赖的主要表面性质（表面活性剂吸附，表面覆盖和表面弹性）的表面年龄的气泡。通过这种方式，我们通过考虑发泡过程中形成的动态吸附层的性质来解释发泡测试的结果。非离子型和离子型表面活性剂的数据合并在两个主曲线附近，当绘制为表面覆盖率、表面迁移率因子或动态吸附层的吉布斯弹性的函数时。离子型和非离子型表面活性剂之间的这种差异被解释为具有离子型表面活性剂的泡沫膜表面之间的静电排斥的重要贡献，该离子型表面活性剂甚至在中等表面覆盖度和相对高的离子强度下稳定动态泡沫膜。相比之下，由非离子表面活性剂溶液形成的膜通过空间排斥而稳定，空间排斥变得足够高以仅在相当高的表面覆盖率（> 90%）下防止气泡聚结，这对应于动态吸附层的相关高吉布斯弹性（> 150 mN/m）和低表面迁移率。
2019-12-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
