微通道中离子浓度极化引起的二次浓度平台与流动滞止的形成
流体动力学
2019-10-31 v1 应用物理
摘要
近年来，由于离子在透选择性介质中的传输在深化纳米尺度电动力学基础认知以及创新工程应用方面的价值，已得到广泛研究。此背景下的一个关键现象是透选择性纳米多孔膜或纳米通道在直流偏压下的离子浓度极化（ICP）。在涉及电压驱动离子透过选择性膜的经典情形中，浓度极化已被充分理解为：在阳离子选择性膜的阳极侧形成陡峭的浓度下降，直至接近零浓度（耗尽层）。与这一经典描述相反，我们在此展示：当ICP在微通道中受驱动并与电渗流耦合时，会在扩散层前方形成一条长尾荧光层，其特征可被视为浓度分布中的一个附加平台。利用微/纳流控平台、原位可视化以及微电极阵列的局部浓度测量，我们量化得出该平台层浓度为体相电解质浓度的60%，且与体相浓度本身无关。通过对流动、电荷与盐的守恒律进行数学分析，我们证明该平台区域源于电渗流与诱导压力驱动流竞争所导致的流动滞止点的形成。与实验一致，该分析预测平台浓度为体相电解质的60%。因此，这一平台浓度区域完善了微通道中ICP的图像，而该现象已引起电动力学与微/纳流控领域的显著关注。
引用
@article{arxiv.1910.13692,
title = {Secondary Concentration Plateau and Formation of Flow Stagnation by Ion Concentration Polarization in Microchannels},
author = {Junsuk Kim and Keon Huh and Ali Mani and Sung Jae Kim},
journal= {arXiv preprint arXiv:1910.13692},
year = {2019}
}