Autophorèse d'une particule Janus près d'une paroi plane : une limite de lubrification
Autophoresis of a Janus particle near a planar wall: a lubrication limit
February 28, 2026
Auteurs: Tachin Ruangkriengsin, Günther Turk, Howard A. Stone
cs.AI
Résumé
Nous étudions l'autodiffusiophorèse d'une particule chimiquement active sphérique près d'une paroi plane imperméable, en nous concentrant sur l'influence de l'orientation de la particule sur la propulsion. Nous analysons une particule Janus présentant une activité chimique de surface asymétrique, composée d'une petite région inerte à l'intérieur d'une calotte catalytiquement active. Bien que des simulations numériques aient été utilisées pour étudier de telles particules, elles rencontrent des difficultés à résoudre l'écoulement et le transport dans le régime extrêmement proche de la paroi en raison du confinement géométrique et des gradients de concentration de soluté abrupts. Nous abordons cette limitation par une analyse asymptotique dans la limite du contact proche, où l'espace entre la particule et la paroi est étroit. En particulier, nous considérons la limite distinguée dans laquelle la région inerte a une taille asymptotiquement comparable à la région de lubrification. Nous analysons une configuration axisymétrique dans laquelle la face inerte est orientée parallèlement à la paroi et étendons l'analyse à des orientations légèrement inclinées. Nous constatons que le basculement détermine si une particule inclinée tourne en arrière vers l'état axisymétrique ou continue de se réorienter, caractérisant ainsi sa stabilité rotationnelle dans le régime de contact proche.
English
We study the self-diffusiophoresis of a spherical chemically active particle near a planar, impermeable wall, with a focus on the influence of particle orientation on propulsion. We analyze a Janus particle with asymmetric surface chemical activity, consisting of a small inert region within a catalytically active cap. While numerical simulations have been used to study such particles, they encounter difficulties resolving the flow and transport in the extreme near-wall regime due to geometric confinement and steep solute concentration gradients. We address this limitation through an asymptotic analysis in the near-contact limit, where the gap between the particle and the wall is narrow. In particular, we consider the distinguished limit in which the inert region is asymptotically comparable in size to the lubrication region. We analyze an axisymmetric configuration in which the inert face is oriented parallel to the wall and extend the analysis to slightly tilted orientations. We find that the capsize determines whether a tilted particle rotates back toward the axisymmetric state or continues to reorient, thereby characterizing its rotational stability in the near-contact regime.