Локальное нарушение электронейтральности электролитов внутри нанопор различного сечения
Получена система уравнений, которая описывает как локальный электрический заряд в электролитах изменяется в каналах переменного сечения. Результат может помочь предсказать пути прохождения заряженных частиц в биологических и технологических системах. По теории, когда раствор электролита находится между двумя пластинами, то общий электрический заряд жидкости должен соответствовать заряду пластин. Однако наблюдения показывают, что, когда расстояние между пластинами составляет менее 10 нанометров, баланс зарядов нарушается. Более того, появляется новая динамика для электролитов, движущихся через асимметричные поры или каналы различного диаметра. В эксперименте использовались гофрированные платины. Установлено, что локальный заряд разрушался всякий раз, когда изменялось поперечное сечение канала.
Графическая абстракция.
Фото: Европейский физический журнал E (2024). DOI: 10.1140/epje/s10189-024-00408-9
Сосудистая циркуляция растений, ионные каналы, наша собственная лимфатическая сеть и многие системы сбора энергии полагаются на транспортировку растворенных солевых растворов через извилистые каналы. Эти растворы или электролиты сохраняют положительный или отрицательный заряд, который жизненно важен для функционирования системы. Однако этот баланс зарядов зависит от свойств канала, в котором находится жидкость.
В исследовании, опубликованном в The European Physical Journal E, Паоло Мальгаретти из Института Гельмгольца Эрланген-Нюрнберга по возобновляемым источникам энергии/Forschungszentrum Jülich, Германия, и его коллеги теперь выводят уравнения, которые описывают, как локальный электрический заряд в электролитах изменяется в каналах с различными сечения. Результат может помочь предсказать пути прохождения заряженных частиц в биологических и технологических системах.
Когда раствор электролита находится между двумя пластинами, теория гласит, что общий электрический заряд жидкости должен соответствовать заряду пластин. Однако наблюдения Малгаретти и его команды показывают, что, когда расстояние между пластинами составляет менее 10 нанометров, этот баланс зарядов нарушается. Более того, новая динамика появляется для электролитов, движущихся через асимметричные поры или каналы различного диаметра.
Чтобы уловить взаимодействие между геометрией и локальным балансом заряда электролита, Малгаретти и его команда выполнили расчеты электролита, внедренного между гофрированными стенками канала. Они обнаружили, что локальный заряд разрушался всякий раз, когда изменялось поперечное сечение канала. Исследователи говорят, что появление этого избыточного заряда полностью является результатом взаимодействия между геометрией канала и электростатическими силами и сравнимо с общим зарядом, накопившимся на стенках.
Это открытие применимо как к плоской, так и к цилиндрической геометрии, а также к изолирующим и проводящим стенкам каналов. Его можно использовать для прогнозирования поправок к энергетическим путям заряженных частиц-индикаторов, вызванных локальным избыточным зарядом.
