极性液体中带电壁附近胶体的双稳态取向

我们研究了极性溶剂（水）中、带电平面附近一个不带电椭球形胶体的平动与转动。我们在胶体外部二维空间中求解非线性 Poisson-Boltzmann 方程，考虑相对于表面法线的所有倾角 $\theta$。假设胶体尺寸与 Debye 长度相当，因此场梯度至关重要。将包含离子理想气体压强的 Maxwell 应力张量在胶体表面积分，得到作用于胶体的总力与总力矩。由力矩我们计算有效角势 $U_{\rm eff}(\theta)$。在胶体-表面距离较大或表面电势较小时，可恢复胶体倾向于垂直于表面（平行于场，$\theta=0$）排列的经典行为。我们发现一个令人惊讶的转捩：在间距较小或电势较大时，胶体平行于表面排列（$\theta=90^\circ$）。此外，这一胶体取向在有限的轴比数值下被增强。该转捩可能对胶体悬浮液的流动或作为切换此类悬浮液近表面层状结构的工具具有重要意义。