Везде

ЭКРАНИРОВАННОЕ И ВАН-ДЕР-ВААЛЬСОВСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ В ПЫЛЕВОЙ ПЛАЗМЕ И ЭЛЕКТРОЛИТАХ

Вы можете
Код статьи
S0044451024020135-1
DOI
10.31857/S0044451024020135
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
А.В.Филиппов
  • Аффилиация:
    ГНЦ РФ Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований
    Объединенный институт высоких температур Российской акадении наук
Том/ Выпуск
Том 165 / Номер выпуска 2
Страницы
276-293
Аннотация
Рассмотрено экранированное электростатическое взаимодействие и взаимодействие Ван-дер-Ваальса нано- и микроразмерных частиц в пылевой плазме. Электростатическое взаимодействие рассмотрено на основе линеаризованного уравнения Пуассона–Больцмана для частиц как с фиксированными зарядами, равномерно распределенным по их поверхностям, так и с фиксированными электрическими потенциалами поверхности. Найденное решение задачи позволяет исследовать взаимодействие как частиц сравнимого радиуса, так и частиц сильно отличающихся размеров. В силе взаимодействия учтена осмотическая составляющая, которая в случае постоянных зарядов приводит к восстановлению равенства сил, действующих на первую и вторую частицы. Для взаимодействия Ван-дер-Ваальса учтено экранирование статических флуктуаций и запаздывание электромагнитных полей для дисперсионной части взаимодействия. На основе анализа различных выражений для геометрического фактора с учетом запаздывания электромагнитного поля предложена численно устойчивая методика расчета этого фактора. Рассчитана полная энергия взаимодействия двух заряженных пылевых частиц при характерных для пылевой плазмы параметрах плазмы: концентрации электронов и ионов от 108 до 1012 см−3, радиусе частиц от 10 нм до 1 мкм и зарядах частиц от 10 до 103 элементарных зарядов на микрон радиуса частиц.
Ключевые слова
Дата публикации
26.07.2025
Всего подписок
0
Всего просмотров
46

Библиография

  1. 1. J. N. Israelachvili, Intermolecular and surface forces, 3rd ed., Elsevier, Amsterdam (2011), p.191–499.
  2. 2. B. Honig and A. Nicholls, Science 268, 1144 (1995).
  3. 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. 4. B. Smit, J. A. Reimer, C. M. Oldenburg, and I. C. Bourg, Introduction to Carbon Capture and Sequestration, v.1., World Scientific, Singapore (2014).
  5. 5. M. Manciu and E. Ruckenstein, Langmuir 17, 7061 (2001).
  6. 6. H. Wennerstrom, E. Vallina Estrada, J. Danielsson, and M. Oliveberg, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 117, 10113 (2020).
  7. 7. S. Su, I. Siretanu, D. van den Ende, B.Mei, G.Mul, and F. Mugele, Adv. Mater. 33, 2106229 (2021).
  8. 8. D. F. Parsons, M. Bostr¨om, P. L. Nostro, and B. W. Ninham, Phys. Chem. Chem. Phys. 13 (27), 12352 (2011).
  9. 9. K. Vo¨ıtchovsky, J. J. Kuna, S. A. Contera, E. Tosatti, and F. Stellacci, Nat. Nanotechnol. 5, 401 (2010).
  10. 10. В. Н. Цытович, УФН 167, 57 (1997).
  11. 11. В. Е. Фортов, А. Г. Храпак, С. А. Храпак, В. И. Молотков, О. Ф. Петров, УФН 174, 495 (2004).
  12. 12. В. И. Молотков, О. Ф. Петров, М. Ю. Пустыльник, В. М. Торчинский, В. Е. Фортов, А. Г. Храпак, ТВТ 42, 821 (2004).
  13. 13. S. V. Vladimirov, K. Ostrikov, and A. A. Samarian, Physics and Applications of Complex Plasmas, London, Imperial College Press (2005).
  14. 14. V. E. Fortov, A. V. Ivlev, S. A. Khrapak, A. G. Khrapak, and G. E. Morfill, Phys. Rep. 421, 1 (2005).
  15. 15. G. E. Morfill and A. V. Ivlev, Rev. Mod. Phys. 81, 1353 (2009).
  16. 16. M. Bonitz, C. Henning, and D. Block, Rep. Prog. Phys. 73, 066501 (2010).
  17. 17. Комплексная и пылевая плазма: из лаборатории в космос, под ред. В. Фортова, Г. Морфилла, Наука, Физматлит, Москва (2012).
  18. 18. A. Ivlev, H. Lowen, G. Morfill, and C.P. Royall, Complex Plasmas and Colloidal Dispersions: Particle-Resolved Studies of Classical Liquids and Solids, Series in Soft Condensed Matter, vol. 5, World Scientific, Singapore (2012).
  19. 19. I. Mann, N. Meyer-Vernet, and A. Czechowski, Phys. Rep. 536, 1 (2014).
  20. 20. P. K. Shukla and A. A. Mamun, Introduction to Dusty Plasma Physics, CRC Press, Bristol and Philadelphia (2015).
  21. 21. А. В. Ивлев, С .А. Храпак, В. И. Молотков, А. Г. Храпак, Введение в физику пылевой и комплексной плазмы. Учебное пособие, Издательский дом «Интеллект», Долгопрудный (2017).
  22. 22. А. М. Липаев, В. И. Молотков, Д. И. Жуховицкий, В. Н. Наумкин, А. Д. Усачев, А. В. Зобнин, О. Ф. Петров, В. Е. Фортов, ТВТ 58 (4), 485 (2020).
  23. 23. I. M. Kennedy and S. J. Harris, J. Colloid. Interface. Sci. 130, 489 (1989).
  24. 24. P. Patra and A. Roy, Phys. Rev. Fluids 7, 064308 (2022).
  25. 25. T. B. Jones and T. B. Jones, Electromechanics of Particles, Cambridge University Press, Cambridge (2005).
  26. 26. A. Castellanos, Adv. Phys. 54, 263 (2005).
  27. 27. J. Feng, G. Biskos, and A. Schmidt-Ott, Scient. Rep. 5, 1 (2015).
  28. 28. F. Greiner, A. Melzer, B.Tadsen, S. Groth, C. Killer, F. Kirchschlager, F. Wieben, I. Pilch, H. Kruger, D. Block, A. Piel, and S. Wolf, Eur. Phys. J. D 72, 81 (2018).
  29. 29. A. R. Wassel, M. E. El-Naggar, and K. Shoueir, J. Environ. Chem. Eng. 8 104175, (2020).
  30. 30. X. Meng, J. Zhu, and J. Zhang, J. Phys. D 42, 065201 (2009).
  31. 31. V. A. Turek, M. P. Cecchini, J. Paget, A. R. Kucernak, A. A. Kornyshev, and J. B. Edel, ACS Nano 6, 7789 (2012).
  32. 32. P.-P. Fang, S. Chen, H. Deng, M. D. Scanlon, F. Gumy, H. J. Lee, D. Momotenko, V. Amstutz, F. Cort´es-Salazar, C. M. Pereira, Z. Yang, and H. H. Girault, ACS Nano 7, 9241 (2013).
  33. 33. J. B. Edel, A. A. Kornyshev, and M. Urbakh, ACS Nano 7, 9526 (2013).
  34. 34. B. Gady, D. Schleef, R. Reifenberger, D. Rimai, and L. P. DeMejo, Phys. Rev. B 53, 8065 (1996).
  35. 35. B. Gady, R. Reifenberger, D. S. Rimai, and L.P. DeMejo, Langmuir 13, 2533 (1997).
  36. 36. Y. Liu, C. Song, G. Lv, N. Chen, H. Zhou, and X. Jing, Appl. Surf. Sci. 433, 450 (2018).
  37. 37. M. C. Stevenson, S. P. Beaudoin, and D. S. Corti, J. Phys. Chem. C 124 3014 (2020).
  38. 38. M.C. Stevenson, S.P. Beaudoin, and D.S. Corti, J. Phys. Chem. C 125 20003 (2021).
  39. 39. H. Zhou, M. G¨otzinger, and W. Peukert, Powder Technol. 135–136, 82 (2003).
  40. 40. Y. Gao, E. Tian, and J. Mo, ACS ES and Eng. 1, 1449 (2021).
  41. 41. N. M. Kovalchuk, D. Johnson, V. Sobolev, N. Hilal, and V. Starov, Adv. Colloid. Interface. Sci. 272, 102020 (2019).
  42. 42. B. V. Derjaguin, N. V. Churaev, and V. M. Muller, Surface Forces, Consultants Bureau, New York (1987).
  43. 43. E. J. W. Verwey and J. Th. G. Overbeek, Theory of the Stability of Lyophobic Colloids, Elsevier, Amsterdam (1948).
  44. 44. A. B. Glendinning and W. B. Russel, J. Colloid Interface Sci.93, 95 (1983).
  45. 45. S. L. Carnie, D. Y. C. Chan, J. Colloid. Interf. Sci. 161, 260 (1993).
  46. 46. А. В. Филиппов, И. Н. Дербенев, ЖЭТФ 150, 1262 (2016).
  47. 47. I. N. Derbenev, A. V. Filippov, A. J. Stace, and E. Besley, J. Chem. Phys. 145, 084103 (2016).
  48. 48. А. В. Филиппов, И. Н. Дербенев, А. А. Паутов, М. М. Родин, ЖЭТФ, 152, 607 (2017).
  49. 49. I. N. Derbenev, A. V. Filippov, A.J. Stace, and E. Besley, Soft Matter 14, 5480 (2018).
  50. 50. S. V. Siryk, A. Bendandi, A. Diaspro, and W. Rocchia, J. Chem. Phys. 155, 114114 (2021).
  51. 51. S. V. Siryk and W. Rocchia, J. Phys. Chem. B 126, 10400 (2022).
  52. 52. Y.-K. Yu, Phys. Rev. E 102, 052404 (2020).
  53. 53. O. I. Obolensky, T. P. Doerr, and Y.-K. Yu, Eur. Phys. J. E 44, 129 (2021).
  54. 54. W. R. Bowen and F. Jenner, Adv. Colloid Interface Sci. 56, 201 (1995).
  55. 55. J. I. Kilpatrick, S.-H. Loh, and S. P. Jarvis, J. Am. Chem. Soc. 135, 2628 (2013).
  56. 56. S. R. Van Lin, K. K. Grotz, I. Siretanu, N. Schwierz, and F. Mugele, Langmuir 35, 5737 (2019).
  57. 57. A. Klaassen, F. Liu, F. Mugele, and I. Siretan, Langmuir 38, 914 (2022).
  58. 58. А. В. Филиппов, В.М. Старов, Письма в ЖЭТФ 117, 604 (2023).
  59. 59. A. V. Filippov and V. Starov, J. Phys. Chem. B 127, 6562 (2023).
  60. 60. А. В. Филиппов, ЖЭТФ 136, 601 (2009).
  61. 61. A. V. Filippov, Contr. Plasma Phys. 49, 433 (2009).
  62. 62. В. Р. Муниров, А. В. Филиппов, ЖЭТФ 144, 931 (2013).
  63. 63. А. В. Филиппов, Письма в ЖЭТФ 115, 197 (2022).
  64. 64. А. В. Филиппов, ЖЭТФ 161, 691 (2022).
  65. 65. P. Debye and E. H¨uckel, Phys. Zeitschr. 24, 185 (1923).
  66. 66. Г. Карслоу, Д. Егер, Теплопроводность твердых тел, Наука, Москва (1964)
  67. 67. Г. Н. Ватсон, Теория бесселевых функций, Иностранная литература, Москва (1949), т.1.
  68. 68. D. Langbein, Theory of Van der Waals Attraction, Springer Tracts in Modern Physics, Vol. 72, ed. by G. Hohler, Springer-Verlag, Berlin–Heidelberg–New York (1974).
  69. 69. В. В. Батыгин, И. Н. Топтыгин, Сборник задач по электродинамике, Наука, Москва (1970).
  70. 70. В. Смайт, Электростатика и электродинамика, Издателство иностарнной литературы, Москва (1954).
  71. 71. В .Р. Муниров, А. В. Филиппов, ЖЭТФ 142, 594 (2012).
  72. 72. E. S. Reiner, C. J. Radke, J. Chem. Soc. Faraday Trans.86, 3901 (1990).
  73. 73. M. K. Gilson, M. E. Davis, B. A. Luty, and J. A. McCammon, J. Phys. Chem. 97, 3591 (1993).
  74. 74. B. Lu, X. Cheng, T. Hou, and J. A. McCammon, J. Chem. Phys. 123, 084904 (2005).
  75. 75. W. H. Press, W. T. Vetterling, S. A. Teukolsky, and B. P. Flannery, Numerical Recipes Example Book (FORTRAN), Cambridge University Press, Cambridge (1992).
  76. 76. H. C. Hamaker, Physica 4, 1058 (1937).
  77. 77. H. B. G. Casimir and D. Polder, Phys. Rev. 73, 360 (1948).
  78. 78. Е. М. Лифшиц, ЖЭТФ 29, 94 (1955).
  79. 79. И. Е. Дзялошинский, Е. М. Лифшиц, Л.П. Питаевский, ЖЭТФ 37, 229 (1959).
  80. 80. Б. В. Дерягин, И. И. Абрикосова, Е. М. Лифшиц, УФН 185, 981 (2015).
  81. 81. Ю. С. Бараш, В. Л. Гинзбург, УФН 143 , 345 (1984).
  82. 82. Н. В. Чураев, Успехи химии 73, 26 (2004).
  83. 83. D. J. Mitchell and B. W. Ninham, J. Chem. Phys. 56, 1117 (1972).
  84. 84. R. G. Horn and J. N. Israelachvili, J. Chem. Phys. 75, 1400 (1981).
  85. 85. J. Th. G. Overbeek, in Colloid Science, ed. By H. R. Kruyt, Vol. 1, p. 266, Elsevier, Amsterdam (1952).
  86. 86. B. Vincent, J. Colloid. Interf. Sci. 42, 270 (1973).
  87. 87. P. G¨orner and J. Pich, J. Aerosol Sci. 20, 735 (1989).
  88. 88. J. Chen and A. Anandarajah, J. Colloid. Interf. Sci. 180, 519 (1996).
  89. 89. G. Sh. Boltachev, N. B. Volkov, and K. A. Nagayev, J. Colloid. Interf. Sci. 355, 417 (2011).
  90. 90. S. R. Gomes de Sousa, A. Leonel, and A. J. F. Bombard, Smart Mater. Struct. 29, 055039 (2020).
  91. 91. А. А. Радциг, Б. М. Смирнов,Справочник по атомной и молекулярной физике, Атомиздат, Москва (1980).
  92. 92. А. В. Филиппов, Н. А. Дятко, А. С. Костенко, ЖЭТФ 146, 1122–1134 (2014).
  93. 93. А.В. Филиппов, В.Н. Бабичев, А. Ф. Паль, А. Н. Старостин, В. Е. Черковец, В. К. Рерих, М. Д. Таран, Физика плазмы 41, 969 (2015).
  94. 94. W. Gautschi and J. Slavik, Math. Comput. 32, 865 (1978).
QR
Перевести