평면 벽 근처에서의 야누스 입자 자가이동: 윤활 한계

초록

우리는 구형 화학 활성 입자의 평면적 비투과성 벽 근처에서의 자가확산영동을 연구하며, 특히 입자 방향이 추진에 미치는 영향에 초점을 맞춘다. 우리는 촉매 활성 캡 내부에 작은 비활성 영역이 존재하는 비대칭 표면 화학 활성을 가진 야누스 입자를 분석한다. 이러한 입자를 연구하는 데 수치 시뮬레이션이 사용되어 왔지만, 기하학적 구속과 급격한 용질 농도 구배로 인해 벽 근접 영역에서의 흐름과 전달 현상을 해석하는 데 어려움이 있다. 우리는 입자와 벽 사이의 간격이 좁은 근접 접촉 한계에서의 점근적 분석을 통해 이러한 한계를 해결한다. 특히, 비활성 영역의 크기가 윤활 영역과 점근적으로 비슷한 distinguished limit를 고려한다. 우리는 비활성 면이 벽과 평행하게 배향된 축대칭 구성을 분석하고, 이를 약간 기울어진 배향으로 확장한다. 분석 결과, 캡사이징은 기울어진 입자가 축대칭 상태로 회전하여 되돌아가는지, 아니면 계속 재배향되는지를 결정함으로써 근접 접촉 영역에서의 회전 안정성을 규명한다는 것을 발견한다.

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.

평면 벽 근처에서의 야누스 입자 자가이동: 윤활 한계

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

초록

Support