活性 Janus 粒子受化学图案化表面的形状依赖导引
软凝聚态物质
2018-01-30 v1 流体动力学
摘要
自电泳 Janus 粒子通过在其表面发生的非平衡化学反应，诱导其所浸没溶液中化学组成的变化而运动。该过程导致沿粒子表面以及任何邻近边界（包括固体壁）的化学组成梯度。沿壁的化学梯度可引起 chemi-osmosis，即梯度驱动表面流，进而驱动溶液体积内的流动。该体相流反馈耦合到粒子，从而贡献于其自驱动性。由于 chemi-osmosis 强烈依赖于扩散分子物种与壁之间的分子相互作用，粒子所诱导并经历的响应流编码了关于壁的任何化学图案化的信息。在此，我们将先前关于球形粒子在近化学图案化壁处自电泳的研究推广到具有拉长形状的粒子情形。我们将分析聚焦于因拉长粒子与 chemi-osmotic 流的应变率张量耦合（对球形无效）而潜在出现的新现象。通过数值计算，我们表明棒状粒子的动力学表现出一种新颖的“沿边跟随”稳态：粒子以距台阶恒定距离和恒定取向沿化学台阶的边缘平动。在一定的系统参数范围内，沿边跟随态与“停靠”态（粒子在台阶处停止，取向垂直于台阶边缘）共存，即发生双稳动力学。这些发现被合理化为流体涡量与应变率竞争的结果，所使用的基于点粒子近似的分析理论准定量地捕捉了系统的动力学。
引用
@article{arxiv.1711.10810,
title = {Shape-dependent guidance of active Janus particles by chemically patterned surfaces},
author = {W. E. Uspal and M. N. Popescu and M. Tasinkevych and S. Dietrich},
journal= {arXiv preprint arXiv:1711.10810},
year = {2018}
}