催化活性胶体颗粒的成对相互作用：从组装到逃逸

本文报道了两个自驱动胶体颗粒的动力学与成对轨迹。胶体颗粒的自主运动源于其表面不对称发生的催化化学反应，该反应在颗粒周围产生相互作用溶质的浓度梯度并驱动颗粒推进。我们考虑在原本静止的流体中，两个具有对称催化帽的球形颗粒，催化帽从活性区域中心延伸覆盖局部极角 $\theta^1_{cap}$ 和 $\theta^2_{cap}$。我们开发了一种结合解析与数值的技术，用于求解耦合传质方程以及 Stokes 流动区域中的流体力学问题。由此产生的胶体颗粒成对轨迹由反应覆盖角 $\theta^j_{cap}$ 及其彼此间的初始相对取向控制。我们的分析表明，催化自驱动颗粒的成对轨迹存在两种可能情形：颗粒相互靠近、接触并组装，或者相互作用后彼此远离（逃逸）。研究发现，对于胶体颗粒的任意运动，颗粒旋转的方向是决定逃逸或组装情形的关键因素。基于上述分析，我们绘制了催化活性颗粒成对轨迹作为活性覆盖角及其初始相对取向函数的相图。我们相信本研究对阐明自泳驱动胶体颗粒的集体行为具有重要意义。