マイクロチャネル壁へのコロイド粒子の堆積、魅力的な表面電位と反発的な表面電位のために

Colloidal particle deposition on microchannel walls, for attractive and repulsive surface potentials.

• Tatiana Porto Santos
• Rosiane Lopes Cunha
• Patrick Tabeling
• Cesare M Cejas

抄録

表面相互作用は、ファンデルワールス付着力と静電荷の相互作用である。コロイド堆積では、低いイオン強度では、デバイ層が十分に大きく、粒子が表面に近づくのを防ぐことができます。それは、表面電荷がファンデルワールス付着力を介して行われる相互作用のためにスクリーニングされていることを、より高い塩濃度、通常は0.1 M以上の追加でのみです。これは、両方の表面が同様の電荷を持っており、ゼータ電位の符号が同じである場合、反発電荷にも当てはまります。しかし、ゼータ電位の符号が逆の場合、魅力的な電荷では、結果も逆になります。マイクロ流体実験、理論、数値シミュレーションを組み合わせることで、電荷が魅力的な場合、粒子の沈着は、代わりに低いイオン強度（より大きなデバイ長）で、ファンデルワールス力によって制御された速度で増加することを示していますが、静電力によって支援されています。私たちは、静電引力によって動員された粒子が、ファンデルワールス力が働く距離まで壁に接近し、静電力だけでは拡散が妨げられ、壁に粒子が集まるメカニズムを提案しています。このようにして、表面電荷が反対の場合の沈着を支配するさまざまなメカニズムを理解することができました。

Surface interactions are an interplay of van der Waals adhesion forces with electrostatic charges. In colloidal deposition, at low ionic strengths, the Debye layer is sufficiently large to prevent particles from approaching the surface. It is only with the addition of higher salt concentrations, typically above 0.1 M, that surface charges are screened for interactions to take place via van der Waals-adhesion forces. This is true for repulsive charges, when both surfaces have similar charges and signs of the zeta potential are the same. However, with attractive charges, where zeta potential signs are opposite, the result is also opposite. By combining microfluidic experiments, theory, and numerical simulations, results show that when charges are attractive, particle deposition instead increases at low ionic strengths (at greater Debye lengths), at rates controlled by van der Waals forces but assisted by electrostatic forces. We propose a mechanism where particles approach the wall, mobilized by electrostatic attraction, up to a distance where van der Waals forces come into play, collecting the particles at the wall, which electrostatic forces alone are unable to achieve, owing to hindered diffusion. The present work thus allows us to understand the different mechanisms that govern deposition in the case where surface charges are opposite.