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自扩散泳微观转动马达的介观模拟

沈明仁 刘锐 厚美瑛 杨明成 陈科

自扩散泳微观转动马达的介观模拟

沈明仁, 刘锐, 厚美瑛, 杨明成, 陈科
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  • 转动的微尺度马达是一类重要的微流器件. 近年来,因为其重要的应用及理论价值引起了学术界的广泛关注. 本文提出了一种新型的自扩散泳驱动的微观转动马达模型. 通过介观动力学模拟,我们验证了该模型的有效性. 模拟结果表明,该自扩散泳微观转动马达可以单向地自驱动转动,并且转动速度和马达表面发生的催化化学反应速率(即自产生的浓度梯度场强弱)、以及液体分子与马达之间的相互作用有关. 此外,我们研究了两个转动马达共存时的运动行为,重点考察了马达之间的流体力学相互作用和浓度梯度场效应对马达转动的影响. 该自扩散泳微观转动马达为设计实用的微流器件提供了新的思路和参考,也为研究活性胶体系统的集体行为提供了理想模型.
      通信作者: 杨明成, mcyang@iphy.ac.cn;kechen@iphy.ac.cn ; 陈科, mcyang@iphy.ac.cn;kechen@iphy.ac.cn
    • 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(批准号:2015CB856800)和国家自然科学基金(批准号:11474327,11404379)资助的课题.
    [1]

    Wang J 2013 Nanomachines: Fundamentals and Applications (Weinheim: John Wiley Sons) pp1-9

    [2]

    Elgeti J, Winkler R G, Gompper G 2015 Rep. Prog. Phys. 78 056601

    [3]

    Berg H C 2003 Annu. Rev. Biochem. 72 19

    [4]

    Stock D, Leslie A G, Walker J E 1999 Science 286 1700

    [5]

    Kay E R, Leigh D A, Zerbetto F 2007 Angew. Chem. Int. Ed. 46 72

    [6]

    Sengupta S, Ibele M E, Sen A 2012 Angew. Chem. Int. Ed. 51 8434

    [7]

    Purcell E M 1977 Am. J. Phys. 45 3

    [8]

    Lauga E 2011 Soft Matter 7 3060

    [9]

    Lauga E, Powers T R 2009 Rep. Prog. Phys. 72 096601

    [10]

    Dey K K, Zhao X, Tansi B M, Mndez-Ortiz W J, Crdova-Figueroa U M, Golestanian R, Sen A 2015 Nano Lett. 15 8311

    [11]

    Angelani L, Di Leonardo R, Ruocco G 2009 Phys. Rev. Lett. 102 048104

    [12]

    Paxton W F, Kistler K C, Olmeda C C, Sen A, St. Angelo S K, Cao Y, Mallouk T E, Lammert P E, Crespi V H 2004 J. Am. Chem. Soc. 126 13424

    [13]

    Schez S, Soler L, Katuri J 2015 Angew. Chem. Int. Ed. 54 1414

    [14]

    Fournier-Bidoz S, Arsenault A C, Manners I, Ozin G A 2005 Chem. Commun. 4 441

    [15]

    Catchmark J M, Subramanian S, Sen A 2005 Small 1 202

    [16]

    He Y, Wu J, Zhao Y 2007 Nano Lett. 7 1369

    [17]

    Qin L, Banholzer M J, Xu X, Huang L, Mirkin C A 2007 J. Am. Chem. Soc. 129 14870

    [18]

    Fattah Z, Loget G, Lapeyre V, Garrigue P, Warakulwit C, Limtrakul J, Bouffier L, Kuhn A 2011 Electrochim. Acta 56 10562

    [19]

    Wang Y, Fei S, Byun Y M, Lammert P E, Crespi V H, Sen A, Mallouk T E 2009 J. Am. Chem. Soc. 131 9926

    [20]

    Ebbens S, Jones R A, Ryan A J, Golestanian R, Howse J R 2010 Phys. Rev. E 82 015304

    [21]

    Anderson J L 1989 Annu. Rev. Fluid Mech. 21 61

    [22]

    Yang M, Ripoll M, Chen K 2015 J. Chem. Phys. 142 054902

    [23]

    Malevanets A, Kapral R 1999 J. Chem. Phys. 110 8605

    [24]

    Yang M, Liu R, Ripoll M, Chen K 2015 Lab. Chip. 15 3912

    [25]

    Padding J, Louis A 2006 Phys. Rev. E 74 031402

    [26]

    Winkler R, Mussawisade K, Ripoll M, Gompper G 2004 J. Phys. Condens. Matter 16 S3941

    [27]

    Peltomki M, Gompper G 2013 Soft Matter 9 8346

    [28]

    Noguchi H, Gompper G 2004 Phys. Rev. Lett. 93 258102

    [29]

    Gompper G, Ihle T, Kroll D, Winkler R 2009 Multi-particle Collision Dynamics: a Particle-based Mesoscale Simulation Approach to the Hydrodynamics of Complex Fluids (Berlin: Springer) pp1-87

    [30]

    Ryder J F 2005 Ph. D. Dissertation (Oxford: University of Oxford)

    [31]

    Yang M, Ripoll M 2014 Soft Matter 10 1006

    [32]

    Yang M, Wysocki A, Ripoll M 2014 Soft Matter 10 6208

    [33]

    Rckner G, Kapral R 2007 Phys. Rev. Lett. 98 150603

    [34]

    Tao Y G, Kapral R 2010 Soft Matter 6 756

    [35]

    Huang M J, Schofield J, Kapral R 2016 Soft Matter 12 5581

    [36]

    Friese M, Rubinsztein-Dunlop H, Gold J, Hagberg P, Hanstorp D 2001 Appl. Phys. Lett. 78 547

    [37]

    Grier D G 2003 Nature 424 810

    [38]

    Rapaport D C 2004 The Art of Molecular Dynamics Simulation (Cambridge: Cambridge University Press) pp60-62

    [39]

    Tzel E, Ihle T, Kroll D M 2006 Phys. Rev. E 74 056702

    [40]

    Bricard A, Caussin J B, Desreumaux N, Dauchot O, Bartolo D 2013 Nature 503 95

    [41]

    Nguyen N H, Klotsa D, Engel M, Glotzer S C 2014 Phys. Rev. Lett. 112 075701

  • [1]

    Wang J 2013 Nanomachines: Fundamentals and Applications (Weinheim: John Wiley Sons) pp1-9

    [2]

    Elgeti J, Winkler R G, Gompper G 2015 Rep. Prog. Phys. 78 056601

    [3]

    Berg H C 2003 Annu. Rev. Biochem. 72 19

    [4]

    Stock D, Leslie A G, Walker J E 1999 Science 286 1700

    [5]

    Kay E R, Leigh D A, Zerbetto F 2007 Angew. Chem. Int. Ed. 46 72

    [6]

    Sengupta S, Ibele M E, Sen A 2012 Angew. Chem. Int. Ed. 51 8434

    [7]

    Purcell E M 1977 Am. J. Phys. 45 3

    [8]

    Lauga E 2011 Soft Matter 7 3060

    [9]

    Lauga E, Powers T R 2009 Rep. Prog. Phys. 72 096601

    [10]

    Dey K K, Zhao X, Tansi B M, Mndez-Ortiz W J, Crdova-Figueroa U M, Golestanian R, Sen A 2015 Nano Lett. 15 8311

    [11]

    Angelani L, Di Leonardo R, Ruocco G 2009 Phys. Rev. Lett. 102 048104

    [12]

    Paxton W F, Kistler K C, Olmeda C C, Sen A, St. Angelo S K, Cao Y, Mallouk T E, Lammert P E, Crespi V H 2004 J. Am. Chem. Soc. 126 13424

    [13]

    Schez S, Soler L, Katuri J 2015 Angew. Chem. Int. Ed. 54 1414

    [14]

    Fournier-Bidoz S, Arsenault A C, Manners I, Ozin G A 2005 Chem. Commun. 4 441

    [15]

    Catchmark J M, Subramanian S, Sen A 2005 Small 1 202

    [16]

    He Y, Wu J, Zhao Y 2007 Nano Lett. 7 1369

    [17]

    Qin L, Banholzer M J, Xu X, Huang L, Mirkin C A 2007 J. Am. Chem. Soc. 129 14870

    [18]

    Fattah Z, Loget G, Lapeyre V, Garrigue P, Warakulwit C, Limtrakul J, Bouffier L, Kuhn A 2011 Electrochim. Acta 56 10562

    [19]

    Wang Y, Fei S, Byun Y M, Lammert P E, Crespi V H, Sen A, Mallouk T E 2009 J. Am. Chem. Soc. 131 9926

    [20]

    Ebbens S, Jones R A, Ryan A J, Golestanian R, Howse J R 2010 Phys. Rev. E 82 015304

    [21]

    Anderson J L 1989 Annu. Rev. Fluid Mech. 21 61

    [22]

    Yang M, Ripoll M, Chen K 2015 J. Chem. Phys. 142 054902

    [23]

    Malevanets A, Kapral R 1999 J. Chem. Phys. 110 8605

    [24]

    Yang M, Liu R, Ripoll M, Chen K 2015 Lab. Chip. 15 3912

    [25]

    Padding J, Louis A 2006 Phys. Rev. E 74 031402

    [26]

    Winkler R, Mussawisade K, Ripoll M, Gompper G 2004 J. Phys. Condens. Matter 16 S3941

    [27]

    Peltomki M, Gompper G 2013 Soft Matter 9 8346

    [28]

    Noguchi H, Gompper G 2004 Phys. Rev. Lett. 93 258102

    [29]

    Gompper G, Ihle T, Kroll D, Winkler R 2009 Multi-particle Collision Dynamics: a Particle-based Mesoscale Simulation Approach to the Hydrodynamics of Complex Fluids (Berlin: Springer) pp1-87

    [30]

    Ryder J F 2005 Ph. D. Dissertation (Oxford: University of Oxford)

    [31]

    Yang M, Ripoll M 2014 Soft Matter 10 1006

    [32]

    Yang M, Wysocki A, Ripoll M 2014 Soft Matter 10 6208

    [33]

    Rckner G, Kapral R 2007 Phys. Rev. Lett. 98 150603

    [34]

    Tao Y G, Kapral R 2010 Soft Matter 6 756

    [35]

    Huang M J, Schofield J, Kapral R 2016 Soft Matter 12 5581

    [36]

    Friese M, Rubinsztein-Dunlop H, Gold J, Hagberg P, Hanstorp D 2001 Appl. Phys. Lett. 78 547

    [37]

    Grier D G 2003 Nature 424 810

    [38]

    Rapaport D C 2004 The Art of Molecular Dynamics Simulation (Cambridge: Cambridge University Press) pp60-62

    [39]

    Tzel E, Ihle T, Kroll D M 2006 Phys. Rev. E 74 056702

    [40]

    Bricard A, Caussin J B, Desreumaux N, Dauchot O, Bartolo D 2013 Nature 503 95

    [41]

    Nguyen N H, Klotsa D, Engel M, Glotzer S C 2014 Phys. Rev. Lett. 112 075701

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出版历程
  • 收稿日期:  2016-06-20
  • 修回日期:  2016-06-24
  • 刊出日期:  2016-09-05

自扩散泳微观转动马达的介观模拟

    基金项目: 

    国家重点基础研究发展计划(批准号:2015CB856800)和国家自然科学基金(批准号:11474327,11404379)资助的课题.

摘要: 转动的微尺度马达是一类重要的微流器件. 近年来,因为其重要的应用及理论价值引起了学术界的广泛关注. 本文提出了一种新型的自扩散泳驱动的微观转动马达模型. 通过介观动力学模拟,我们验证了该模型的有效性. 模拟结果表明,该自扩散泳微观转动马达可以单向地自驱动转动,并且转动速度和马达表面发生的催化化学反应速率(即自产生的浓度梯度场强弱)、以及液体分子与马达之间的相互作用有关. 此外,我们研究了两个转动马达共存时的运动行为,重点考察了马达之间的流体力学相互作用和浓度梯度场效应对马达转动的影响. 该自扩散泳微观转动马达为设计实用的微流器件提供了新的思路和参考,也为研究活性胶体系统的集体行为提供了理想模型.

English Abstract

参考文献 (41)

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