锥形硅微孔中的离子电流整流与长程干涉
软凝聚态物质
2022-10-11 v2 流体动力学
摘要
表现出离子电流整流（ICR）或称离子二极管的流体器件在包括海水淡化、能量收集与传感等应用中广受关注。对于此类应用，大电导是所期望的，可通过同时使用薄膜和宽孔来实现。本文中，我们在薄硅膜上的微米级锥形通道中展示了ICR，其孔径与膜厚相当，但二者均远大于电解质屏蔽长度。我们表明，对于这些孔，入口电阻不仅是约0 V处欧姆电导的关键，也是理解ICR的关键，二者均被我们实验测量并纳入单一解析理论框架中刻画。该理论中唯一的拟合参数为膜表面电势，我们发现其随电压变化且数值相较文献异常偏大。由此我们推断，孔外表面电荷通过不同程度地贡献于所观测的欧姆电导和整流。我们在小孔阵列中实验验证了该假设，发现由膜表面介导的孔-孔相互作用使ICR消失，而约0 V处的欧姆电导不受影响。我们发现ICR的孔-孔相互作用由浓度的长程衰减决定，这解释了即便孔间距大至7 m的稀疏阵列中ICR也会消失这一令人惊讶的发现。
引用
@article{arxiv.2206.14594,
title = {Ion Current Rectification and Long-Range Interference in Conical Silicon Micropores},
author = {Mark Aarts and Willem Boon and Blaise Cuénod and M. Dijkstra and René van Roij and Esther Alarcon-Llado},
journal= {arXiv preprint arXiv:2206.14594},
year = {2022}
}
备注
30 pages, 6 figures, Supplementary Information: 13 pages, 9 figures