介电界面与狭缝纳米孔离子排斥中的离子尺寸效应

我们研究了一个先前发展的场论模型，该模型将核心碰撞与库仑相互作用置于同等地位处理，以理解离子尺寸对中性和带电粒子在平面界面处的分配以及狭缝纳米孔离子选择性的影响。我们引入了一种变分方案，该方案能够超越平均场范畴，并以一致的方式耦合孔修饰的核心相互作用、空间位阻效应、静电溶剂化与镜像电荷力，以及表面电荷诱导的静电势。我们证明，在稀薄极限下，平均场和变分理论与MC模拟结果吻合良好，这与最近的RPA方法形成对比。我们研究了带电汤川粒子在中性介电界面（例如空气-水或蛋白质-水界面）处的分配。结果表明，由于将离子推向表面的核心碰撞与将其排斥出界面的排斥性溶剂化和镜像力之间的竞争，在介电界面附近形成了一个有限尺寸离子的浓度峰。我们还刻画了离子尺寸在中性狭缝纳米孔离子选择性中所起的作用。我们证明，静电力、核心碰撞诱导的排除体积效应以及空间位阻效应之间复杂的相互作用，导致了纳米孔离子选择性随孔径变化而发生意想不到的反转：大孔对大离子表现出更高的电导率，而窄孔则比小孔更有效地排斥大离子。