介电泳驱动纳米胶体的分子动力学仿真

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介电泳是一种在生医领域很有潜力的微粒子操纵工具,它可以被应用于生物粒子的分离、输运、捕捉及定位等。近年来,随着生命科学向微观领域不断拓展,纳米介电泳研究成为当前的热点方向。本文以分子动力学为主要研究手段,研究介电泳驱动纳米胶体的运动特性。 采用分子动力学方法对纳米胶体进行建模,研究其在非均匀电场下的失效机理,得出胶体模型失效的临界电场强度参数E0为15ε/eσ。对胶体的团聚现象进行研究,常温下的仿真结果发现,随着胶体之间的距离小于12σ,胶体间吸引力迅速增大克服布朗力影响,使胶体产生团聚。当布朗力对胶体运动影响较小时,电场强度增大将使胶体的聚集速度变快。系统温度的升高使胶体所受的布朗力增大,从而影响纳米胶体的团聚。采用DLVO理论对胶体位能和胶体间吸引力进行研究,得出了和分子动力学模拟较为一致的结论。 采用分子动力学方法对介电泳驱动纳米胶体分离的现象进行模拟,发现在较高的电场强度和较低的系统温度情况下介电泳驱动胶体分离的现象较为明显。对胶体的介电泳速度与溶剂粒子热运动速度比值进行研究,发现比值较大时,胶体与溶剂粒子的撞击较为剧烈,使得胶体的速度出现大幅度的波动。改变电场强度进行模拟,发现电场强度的增大能加快胶体的分离,但当电场强度增大到一定程度时,由于溶剂粒子对胶体的摩擦阻力很大,使得分离运动开始变慢。此外,在分析胶体位能的基础上研究胶体的分离原因,发现胶体电偶极化后胶体之间的吸引位能变小,而温度的升高使吸引位能变小,排斥位能增大,这与DLVO理论得出的结论相一致。
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