受限下磁性螺旋纳米游器的非斯托克斯动力学
流体动力学
2023-11-03 v1 软凝聚态物质
摘要
电磁驱动的螺旋纳米游器在纳米机器人应用中具有巨大潜力。本文利用格子玻尔兹曼模拟刻画了受限对其推进的影响。在受限下其向前运动由两种主要机制产生：1）纯游动，以及2）由受限引起的压差所产生的推力。在强受限下，它们面临更大的旋转阻力，但在固定驱动频率下表现出更快的推进，与实验发现一致。这是由于当边界壁彼此及与颗粒足够接近时，边界壁产生了增大的压差。给出了两个新的解析关系：1）用于预测无约束颗粒的游动速度作为其角速度与几何性质的函数，以及2）一个经验表达式，用于准确预测受限游器的推进速度作为受限程度及其无约束游动速度的函数。在低驱动频率与低受限程度下，系统保持与斯托克斯方程预测一致的预期线性行为。然而，随着驱动频率和/或受限程度的增加，它们对推进的影响导致与斯托克斯 regime 的偏差增大，并出现非线性行为。
引用
@article{arxiv.2311.00839,
title = {Non-Stokesian dynamics of magnetic helical nanoswimmers under confinement},
author = {Alireza Fazeli and Vaibhav Thakore and Tapio Ala-Nissila and Mikko Karttunen},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.00839},
year = {2023}
}