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
Extensional Instability in Electro-Osmotic Microflows of Polymer Solutions
由于流体的低雷诺数特性，微流体系统中的流体输送通常是层流。悬浮聚合物的加入赋予流体弹性，当发生大量聚合物拉伸时，允许激发不稳定性。对于高分子量的聚合物链，我们发现，通过标准的电渗透泵送可实现的流速足以激发稀释的聚合物溶液中的拉伸不稳定性。我们观察到测量的波动对聚合物浓度的依赖性，其在对应于大分子溶液中的显著分子拥挤的开始的阈值处达到平台;平台发生在远低于重叠浓度的地方。我们的研究结果表明，复杂流体的电渗流从稳定的政权，建议潜在的增强混合，并需要小心模拟复杂的液体，如生物聚合物悬浮液的流动。
2010-02-24 cond-mat.soft
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
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
Electrostatic Interactions and Electro-osmotic Properties of Semipermeable Surfaces
我们考虑两个带电荷的半透膜，其中绑定散装电解质溶液和分离的薄膜的无盐液体。小的反离子渗透到间隙中，这导致系统中的空间电荷分离。为了量化这个问题，我们定义了一个有效的表面电荷密度的假想的不可渗透的表面，它模仿了一个实际的半透膜，大大简化了分析。有效电荷取决于分离，通常与真实电荷不同，甚至可以是相反的符号。从非线性Poisson-Boltzmann方程的精确解和渐近解出发，我们得到了体系中的势分布和反离子的分布。然后，我们推导出明确的公式，在间隙中的分离压力和电渗速度，并表明，两者都是由有效的表面电荷。
2016-07-13 cond-mat.soft
Controlled assembly of single colloidal crystals using electro-osmotic micro-pumps
我们利用离子交换电渗微泵在带电的非结构化玻璃基板上故意选择的位置组装带电胶体球。使用显微镜，一个简单的标度理论和布朗动力学模拟，我们系统地探索晶体组装的控制参数和机制，通过它们依赖于实验边界条件。我们证明，晶体质量取决于关键的组装距离的胶体。这被理解为是由电渗泵流的向内输送和胶体的电泳向外运动之间的竞争引起的。优化的条件包括基板的低和胶体的大电动迁移率。然后，在二元混合物中观察到胶体按尺寸分类，其中较大的颗粒更靠近离子交换剂珠聚集。此外，单一尺寸的胶体形成无缺陷的单畴晶体，其在无胶体的空隙外部生长，具有以离子交换颗粒为中心的多面内晶体边界。这非常有效，即使是不规则形成的离子交换树脂碎片。
2016-12-16 cond-mat.soft
Existence of a maximum flow rate in electro-osmotic systems
本文通过理论推导与分子动力学模拟，证明在仅含反离子的电渗体系中，当壁面滑移与静电屏蔽长度相关时，存在使流速最大的反离子浓度，并验证了标准流体动力学理论在适当滑移边界下的适用性。
2024-07-05 cond-mat.soft
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
Large scale Micro-Photometry for high resolution pH-characterization during electro-osmotic pumping and modular micro-swimming
微流控泵以及人工微游泳者方便地实现利用泳动溶剂流量的基础上，局部梯度的温度，电解质浓度或pH值。在这里，我们提出了一种简便的微光度法监测pH梯度，并证明其性能和范围上不同的实验情况，包括电渗泵和模块化的微游泳者组装的离子交换树脂珠和聚苯乙烯胶体。结合目前的显微镜和DSLR相机，我们的方法在3920 × 2602 μm^2的视场内以视频帧速率提供了2 μm的空间分辨率。在最佳条件下，我们实现了约相等的贡献，统计和系统的不确定性的pH值为0.05的分辨率。我们的定量微光度表征的pH梯度的发展，在时间和达到几毫米预计提供有价值的输入可靠的建模和模拟的各种复杂的流动情况，涉及pH梯度，包括人工微游泳，微流体泵送，甚至电对流。
2017-10-18 cond-mat.soft
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
Deformation and motion of giant unilamellar vesicles loaded with gold nanoparticles driven by induced charge electro-osmotic flow
本文制备载金纳米颗粒的GUVs并施加AC电场，通过光流观测和电场二次依赖关系确认ICEO流，揭示局部AuNPs导致流动不平衡并增强囊泡运动与形变。
2023-12-09 cond-mat.soft nlin.AO physics.chem-ph
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
Influence of solvent polarization and non-uniform ion size on electrostatic properties between charged surfaces in an electrolyte solution
本文利用平均场方法研究了两个带相同或相反电荷的表面在电解质溶液中的静电性质，考虑了溶剂极化和非均匀尺寸效应。应用自由能的形式主义占不平等的离子大小和取向有序的水偶极子，我们推导出耦合和自洽的方程来计算带电表面之间的静电性能。相似电荷表面的静电性质取决于电荷对的大小，而不是共离子的大小。此外，静电势和渗透压之间的类似充电表面被发现是增加与增加counterweight的大小。另一方面，相反电荷的表面之间的对应关系与正离子和负离子的大小有关。对于带相反电荷的表面，具有不相等离子尺寸的电解质的静电势、溶剂分子的数密度和相对介电常数关于带电表面之间的中心线不对称。对于任何一种情况下，溶剂极化的考虑结果在静电势和渗透压的降低相比，没有效果的情况下。
2022-02-10 cond-mat.soft physics.chem-ph
Electro-osmotic flow in coated nanocapillaries: a theoretical investigation
最近的实验的动机，我们提出了一个理论研究如何在毛细管中发生的电渗流被修改时，其带电的表面被带电的聚合物涂层。理论处理是基于一个三维模型，由一个三元流体混合物，代表溶剂和两个物种的离子，限制在两个平行的带电板之间的装饰由一个固定的阵列的散射体代表的聚合物涂层。电渗流，由一个恒定的电场施加在平行于板的方向上产生的，通过格子Boltzmann模拟数值研究。为了获得进一步的理解，我们进行了一个简单的理论分析，通过扩展的斯托克斯-Smoluchowski方程，考虑到孔隙率引起的聚合物在邻近的区域的墙壁。我们讨论的速度分布的性质，通过专注于竞争的聚合物电荷和它们施加的摩擦力的影响。我们显示的流动减少和流动反转现象时，聚合物的电荷是相反的表面电荷的证据。通过使用聚合物的密度和表面电荷作为控制变量，我们提出了一个相图，区分的直接和反向流制度，并确定其依赖于离子浓度。
2015-07-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft
Chapter: Energy conversion at water-solid interfaces using electrokinetic effects
我们的社会迫切需要化石燃料的替代品。充满水电解质的纳米多孔系统显示出巨大的希望，用于收集海水或废热的渗透能。在这种纳米流体系统中的能量转换的核心在于所谓的电动效应，在带电的水-固体界面处耦合不同类型（流体动力学、电、化学、热）的热力学梯度和通量。本章首先介绍线性不可逆热力学的框架，以及后者如何用于描述流体系统的直接和耦合响应，提供不同响应系数之间的一般关系。然后，本章重点介绍了所谓的渗透流，在液-固界面的非流体动力学驱动所产生的，并说明如何诱导通量可以与水-固界面的微观特性。最后，本章移动到电力生产从非电力驱动，并特别讨论了纳米流体系统的渗透能量和废热的收获的性能。
2022-04-28 cond-mat.soft physics.chem-ph 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
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
Osmotic Pressure and Swelling Behavior of Ionic Microcapsules
该研究针对离子微胶囊的平衡溶胀行为，结合理论推导与模拟计算渗透压分量，揭示低浓度下浓度驱动去溶胀的反离子重分布机制，为智能响应胶体颗粒设计提供指导。
2023-12-15 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech
Controlling interactions in supported bilayers from weak electrostatic repulsion to high osmotic pressure
了解膜之间的相互作用需要在接近自然条件的良好控制系统上进行测量，其中波动起着重要作用。我们已经确定，通过掠入射X射线散射，两个脂质双层之间的相互作用潜力，一个吸附在固体表面和其他浮动接近。我们发现，在这个高度水合的模型系统中的相互作用是两个数量级软比以前报道的工作多层堆栈。这是由于弱的静电斥力，由于小部分的离子化的脂质在支持的双层具有较低数量的缺陷。我们的数据是一致的泊松-玻尔兹曼理论，在该制度的排斥占主导地位的反离子的熵。我们也有独特的访问非常弱的熵排斥势，这使我们能够区分在文献中提出的各种模型。我们进一步证明，支持的双层之间的相互作用潜力可以调整将通过施加渗透压，提供了一种方法来操纵这些模型膜，从而大大扩大了可以解决的生物或物理问题的范围。
2013-01-29 cond-mat.soft cond-mat.stat-mech physics.bio-ph
Structural and electrostatic properties between pH-responsive polyelectrolyte brushes studied by augmented strong stretching theory
在本文中，我们研究的静电和结构特性之间的pH值响应的刷层，通过使用强拉伸理论占排斥体积相互作用，密度的可充电站点和玻恩之间的内部和外部的刷层的能量差。在自由能的框架下，我们得到自洽场方程，以确定两个pH值响应刷之间的静电特性。我们阐明，在两个pH值响应刷之间的区域中，在中心线处的静电势和渗透压的增加，不仅与排除体积相互作用，但也与密度的可充电位点上的一个可充电的分子。重要的是，我们澄清，当两个pH值响应的刷接近对方，刷的厚度变得短，一个大的排除体积相互作用和一个大密度的可充电网站产生增强的合同的刷。此外，我们还演示了如何影响的pH值，库恩单体的数量，带电位点的密度，相邻的刷之间的横向间距，库恩长度上的静电和结构性质的两个刷之间的排斥体积相互作用的影响。最后，我们研究了玻恩能量差对刷毛厚度和两个pH响应刷毛之间渗透压的影响。
2022-08-30 cond-mat.soft physics.chem-ph
Abatement of mixing in shear-free elongationally unstable viscoelastic microflows
向液体中添加微量的化学惰性聚丙烯酰胺聚合物导致在通过2：1收缩的稳定电渗透泵送下的大的不稳定性，表明在粘弹性材料的电渗透流中可以打破层流条件。通过排除剪切和施加对称性，我们创建了一个平台，只有拉伸粘弹性不稳定性，扩散，影响混合。与早期的研究相比，显着的剪切，发现在混合的数量级增加，我们发现，包括聚合物激发大的粘弹性不稳定性，但混合相对于无聚合物的液体减少。我们发现混合的绝对减少与以下理解一致：添加聚合物增加粘度，而粘弹性流动朝向弹性湍流（一种温和的（Batchelor）湍流）进展，并且表明电渗泵送装置是用于研究粘弹性不稳定性的理想平台，而无需补充因素。
2010-02-08 cond-mat.soft
Q-tensor model for electrokinetics in nematic liquid crystals
我们使用变分原理推导出一个数学模型，其中液晶组分描述的第二阶阶张量的液晶电解质。该模型扩展了以前开发的董事为基础的理论和帐户存在的向错和可能的双轴性。我们通过考虑一个简单但说明性的例子，液晶使能电渗流（LCEO）周围的一个固定的介电球形粒子放置在一个大的圆柱形容器的中心充满了一个可再生的电解质，验证了该模型。假设垂面锚定的粒子表面上的粒子和均匀分布的容器的表面上的董事，我们考虑两种配置与向错赤道环和双曲刺猬，分别。计算的电渗流显示出强烈的依赖于指向矢配置和介电常数和电导率的各向异性的液晶使能电动力学的电特性。此外，模拟表明周围的电介质球的空间电荷分离，即使在各向同性的介电常数和电导率的情况下。这与介电球体周围的各向同性电解质所描述的诱导电荷电渗效应是一致的。
2017-04-15 cond-mat.soft
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
Ion Induced Lamellar-Lamellar Phase Transition in Charged Surfactant Systems
我们提出了一个模型的液-液相变中观察到的渗透压测量某些带电的层状形成两亲物。模型自由能结合平均场静电和唯象非静电相互作用，而解离的反离子的数量被视为一个可变的自由度，确定自洽。该模型，因此，加入了两个著名的理论：泊松-玻尔兹曼理论的离子溶液之间的充电laminates，和朗缪尔-弗鲁姆金-戴维斯吸附等温线修改帐户带电吸附物种。最小化适当的自由能为每个层间距，我们发现的离子密度分布和由此产生的渗透压。虽然在简单的Poisson-Boltzmann理论的渗透压等温线总是光滑的，我们观察到一个不连续的液-液相变时，Poisson-Boltzmann理论是自洽增强的Langmuir-Frumkin-Davies吸附。这种相变取决于每个两亲性头基的面积，以及反离子与层状结构的非静电相互作用，以及反离子结合和反离子解离的表面活性剂之间的相互作用。耦合横向相变在双层平面与静电相互作用的散装，我们的研究结果提供了一个定性的解释DDABr（didecyldimethylammonium bromide）的相变的存在，但其明显缺乏的氯化物和碘化物同系物。更多的定量比较与实验需要更好地理解微观基础的唯象模型参数。
2006-01-18 cond-mat.soft
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
Energies and pressures in viruses: contribution of nonspecific electrostatic interactions
我们总结了一些方面的静电相互作用的背景下，病毒。一个简化的，但在明确定义的限制，可靠的方法是用来获得表达的静电能和相应的渗透压在单链RNA病毒和双链DNA噬菌体。这两种类型的病毒在它们的基因组电荷的空间分布上有很大的不同，这导致它们的自由能有本质的差异，这取决于衣壳的大小和总电荷以完全不同的方式。自由能的差异由病毒内部和外部浴液之间的渗透压的相应特征和变化来跟踪。
2011-08-30 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
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
Electrostatic interaction of neutral semipermeable membranes
我们考虑由半渗透膜包围并由无盐液体的薄膜分隔的盐的本体溶液之间的渗透平衡。虽然膜是中性的，但膜分子的抗衡离子渗透到间隙中并导致空间电荷分离。这引起了距离依赖性膜电位，其转化为排斥性静电分离压力。从非线性Poisson-Boltzmann方程的解，我们得到的电位和离子的分布。然后，我们推导出一个明确的公式施加在膜上的压力，并表明它偏离经典的范特霍夫的渗透压表达式。这种差异被解释在排斥性的静电分离的压力源自间隙内的对流云的重叠。我们还开发了一个简化的理论基础上的线性化泊松-玻尔兹曼方法。提供了与电解质的原始模型的模拟的比较，并且证实了理论预测的有效性。除了中性表面可以排斥的基本结果之外，这种机制不仅有助于控制活细胞、细菌和囊泡的粘附和长程相互作用，而且还使我们能够论证静电相互作用在决定由半透膜限制的系统的行为和功能方面应该起着巨大的作用。
2012-01-18 cond-mat.soft
Prediction of the effective force on DNA in a nanopore based on density functional theory
在本研究中，我们考虑了电压驱动的DNA通过纳米孔的易位。假设DNA分子与纳米孔同轴，建立了一个计算纳米孔中单个DNA分子所受作用力的流体力学模型，利用密度泛函理论结合连续Navier-Stokes（NS）方程研究了纳米孔中的电渗流和作用在DNA分子上的粘性阻力.在我们的模型中还考虑了纳米孔壁上的表面电荷。计算结果与实验测量结果的一致性表明，本文的理论模型是预测DNA流体动力学阻力的有效工具。结果表明，在较高的盐浓度下，电荷反转会降低电渗速度，甚至导致电流反转，而这一现象不能用泊松-玻尔兹曼（PB）模型来描述.这有助于进一步提高过屏蔽区的有效力。
2013-06-17 cond-mat.soft physics.bio-ph q-bio.BM
