平面壁近傍におけるヤヌス粒子の自己泳動：潤滑極限

要旨

我々は、平面かつ非透過性の壁近傍における化学的に活性な球状粒子の自己拡散泳動を研究し、特に粒子の配向が推進に及ぼす影響に焦点を当てる。非対称な表面化学活性を持つジャナス粒子を解析対象とし、これは触媒活性キャップ内に小さな不活性領域を含む構成である。このような粒子を研究するために数値シミュレーションが用いられてきたが、幾何学的閉塞と急峻な溶質濃度勾配により、壁極近傍領域での流れと輸送現象の解像に困難が生じている。我々は、粒子と壁の間隔が狭い近接限界における漸近解析を通じてこの限界に取り組む。特に、不活性領域のサイズが潤滑領域のサイズと漸近的に同程度となる特異極限を考察する。不活性面が壁に対して平行に配向した軸対称配置を解析し、その解析をわずかに傾いた配向へと拡張する。その結果、傾いた粒子が軸対称状態へ回転復帰するか、あるいは再配向を継続するかはキャップサイズによって決定され、これにより近接領域における回転安定性が特徴づけられることが明らかとなった。

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.

平面壁近傍におけるヤヌス粒子の自己泳動：潤滑極限

Autophoresis of a Janus particle near a planar wall: a lubrication limit

要旨

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