Модель электроосмотического процесса в микроканале
Электроосмос
Электроосмос означает движение благодаря приложенному электрическому полю раствора электролита относительно неподвижной заряженной поверхности (капиллярной трубки или пористой среды). Давление необходимое для уравновешивания электроосмотического потока, называется электроосмотическим давлением.
Типичное течение (движение) электроосмотических потоков в капиллярной трубке изображено на рисунке 2.3.2.1. Когда капиллярная трубка заряжена отрицательно, приложенное (прикреплённое поле) оказывает влияние в направлении потока на избыток (излишек) ионов с положительным зарядом около поверхности. Положительно заряженные ионы в таком случае тянут раствор электролита за собой и заставляют потоки двигаться в направление катода. Отмечается, что следует создать экспериментальные условия, в которых разница в давлении между двумя концами капилляра равна нулю, чтобы изучить электроосмос под влиянием приложенного электрического поля.
Рисунок 11 Электроосмотический поток в капиллярной трубке
Электроосмос может быть использован, чтобы осушить (отфильтровать) пористую среду поверхностного заряда, капиллярных трубок или пористой среды [1;2].
Электроосмотическое давление между двумя концами капилляра может быть изменено, когда нет потока (течения) через капилляр над влиянием приложенного электрического поля.
Условные обозначения
(напряженность)
величина вектора электрического поля,
В/м
электрическое
поле, В/м
сила
тока, А
поток
феноменологический
коэффициент
объёмный
расход (уровень потока), м³
движущая
сила
коэффициент
давления, Па/м
Поток в микроканалах
Поток жидкости в каналах
Традиционно, Ньютоновские жидкости текут в каналах, трубках и пористой среде под воздействием изменения давления. Когда размер канала или размер пор относительно большой, такой метод для жидкостного течения довольно эффективен. Также возможно влиять на жидкостный поток навязыванием градиента электрического потенциала через потоковый канал или через пористый пласт. Такой режим потока возможен, когда стенки канала несут поверхностный заряд и потоковая жидкость содержит свободные заряды. Эффективность отдельного режима для потока жидкости зависит от геометрии системы и физических особенностей движущейся жидкости. Здесь мы будем рассматривать жидкость или как раствор электролита, или как вода, с растворенными ионными разновидностями, или как жидкость, имеющая свободный заряд. Давление, двигающее ламинарный поток в прямом канале обычно определяется как течение Пуазёйля. Электрический потенциал, двигающий поток, определяется как электроосмический поток.
Электроосмос связан с движением большей части раствора электролита или жидкости, имеющей свободный заряд, относительно постоянно заряженной поверхности под влиянием наложенного электрического поля. Например, раствор электролита в пористой среде может двигаться, когда устанавливается электрическое поле. Во многих устройствах, стеклянные капилляры (микроканалы) используются для электроосмотических потоков. Нагрузка или заряд на стенку стеклянного капилляра возникает от распада поверхностных силанольных групп – SiOH или предпочтительное поглощение ионов в поверхность стекла. В большинстве случает заряд поверхности отрицательный и электрический двойной слой …. смежный со стенками капилляра. Избыток заряда, электронейтральности в электрическом двойном слое, ответственен за установление электрического потока воздействием внешнего электрического поля.