Soluciones precisas a ecuaciones en derivadas parciales no lineales subyacentes a la propulsión de micronadadores catalíticos
Autores: Asmolov, Evgeny S.; Nizkaya, Tatiana V.; Vinogradova, Olga I.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Soluciones precisas a ecuaciones en derivadas parciales no lineales subyacentes a la propulsión de micronadadores catalíticos
Categoría
Matemáticas
Subcategoría
Matemáticas generales
Palabras clave
Nadadores catalíticos
Liberación de iones
Capas difusas electrostáticas
Expansiones asintóticas coincidentes
Solución externa no lineal
Anisotropía
Flujos de iones en la superficie
Licencia
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Los nadadores catalíticos se autopropulsan en soluciones electrolíticas gracias a una liberación iónica inhomogénea desde su superficie. Aquí, consideramos el límite experimentalmente relevante de capas difusas electrostáticas delgadas, donde se puede emplear el método de expansiones asintóticas coincidentes. Mientras que la solución analítica para la concentración iónica y el potencial eléctrico en la región interna es conocida, el problema electrostático en la región externa fue resuelto previamente pero solo para un caso lineal. Además, solo se han favorecido geometrías principales como una esfera o un cilindro. Aquí, derivamos una solución externa no lineal para el campo eléctrico y las concentraciones para nadadores de cualquier forma con flujos iónicos superficiales dados que luego nos permiten encontrar la velocidad de autopropulsión de partículas. El poder de nuestro formalismo es incluir los efectos complicados de la anisotropía e inhomogeneidad de los flujos iónicos superficiales bajo condiciones límite relevantes. Esto se demuestra mediante soluciones exactas para perfiles de potencial eléctrico en algunos casos particulares con los consiguientes cálculos de velocidades de autopropulsión.
Descripción
Los nadadores catalíticos se autopropulsan en soluciones electrolíticas gracias a una liberación iónica inhomogénea desde su superficie. Aquí, consideramos el límite experimentalmente relevante de capas difusas electrostáticas delgadas, donde se puede emplear el método de expansiones asintóticas coincidentes. Mientras que la solución analítica para la concentración iónica y el potencial eléctrico en la región interna es conocida, el problema electrostático en la región externa fue resuelto previamente pero solo para un caso lineal. Además, solo se han favorecido geometrías principales como una esfera o un cilindro. Aquí, derivamos una solución externa no lineal para el campo eléctrico y las concentraciones para nadadores de cualquier forma con flujos iónicos superficiales dados que luego nos permiten encontrar la velocidad de autopropulsión de partículas. El poder de nuestro formalismo es incluir los efectos complicados de la anisotropía e inhomogeneidad de los flujos iónicos superficiales bajo condiciones límite relevantes. Esto se demuestra mediante soluciones exactas para perfiles de potencial eléctrico en algunos casos particulares con los consiguientes cálculos de velocidades de autopropulsión.