Электростатическое и ван-дер-ваальсовское взаимодействие наночастиц в электролитах
А. В. Филиппов+*×, В. М. Старов°
+Государственный научный центр Российской Федерации Троицкий институт инновационных и термоядерных исследований, 108840 Москва, Троицк, Россия
*Объединенный институт высоких температур РАН, 125412 Москва, Россия
×Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), 141701 Долгопрудный, Россия
°Department of Chemical Engineering, Loughborough University, Loughborough, LE11 3TU, UK
Abstract
Рассмотрено электростатическое взаимодействие наночастиц,
обусловленное перекрытием двойных электрических слоев, и взаимодействие
Ван-дер-Ваальса, вызванное квантовыми и термодинамическими флуктуациями
электромагнитных полей. Электростатическое взаимодействие рассмотрено на
основе линеаризованного уравнения Пуассона-Больцмана для частиц с
фиксированным электрическим потенциалом их поверхности. Получено точное
решение задачи как для одинаковых частиц, так и для частиц сильно
отличающихся размеров. Для взаимодействия Ван-дер-Ваальса учтено
экранирование статических флуктуаций и запаздывание электромагнитных
полей для дисперсионной части взаимодействия. Рассчитана полная энергия
взаимодействия двух частиц для диапазона возможных концентраций ионов в
электролите от 10-2 до 10-6 моль/л и размеров наночастиц от 1
до 103 нм. Обнаружено преобладание силы Ван-дер-Ваальса над силой
экранированного электростатического отталкивания при высоких
концентрациях электролита в диапазоне от 10-2 до 10-3 моль/л
как при малых, так и при больших межчастичных расстояниях.