Источник: http://www.strf.ru/material.aspx?CatalogId=222&d_no=95829#.VRAyseHsRpI
Группа российских исследователей под руководством профессора Московского государственного университета им М.В. Ломоносова Ольги Виноградовой разработала теорию, которая по-новому описывает ситуацию с транспортом жидкости, текущей вдоль поверхности под воздействием электрического поля. Статья о работе была опубликована в журнале Physical Review Letters (импакт-фактор — 7,8).
Физикам пришлось подвергнуть сомнению догмы доброй старой гидродинамики. Авторы статьи показали теоретически и подтвердили в компьютерном эксперименте, что при количественном описании течений в электрических полях вдоль гидрофобной поверхности следует учитывать не граничное условие прилипания жидкости, использованное в начале XX века польским физиком Марианом Смолуховским Смолуховским, а наоборот, электро-гидродинамическое условие скольжения. Такой поворот сразу изменил картину происходящего.
Около заряженной поверхности в растворе образуется облако ионов противоположного знака, которое и является причиной возникновения электро-осмотического течения. Здесь возможны два варианта — когда поверхностные заряды неподвижны, и когда они могут перемещаться вдоль поверхности под воздействием приложенного электрического поля. В случае с неподвижными зарядами все относительно просто – благодаря гидрофобному скольжению скорость электро-осмотического течения увеличивается. Когда же поверхностный заряд способен реагировать на приложенное электрическое поле, возникает, утверждают ученые, масса вариантов, порой совершенно неожиданных. Например, в статье показано, что можно индуцировать электро-осмотическое течение даже вблизи незаряженной поверхности или, наоборот, полностью подавить такое течение в каналах с идеально скользкими заряженными стенками.
Главным «действующим лицом» теории Смолуховского был так называемый дзета-потенциал, физико-химический параметр, рассчитываемый по специальной формуле и говорящий, в частности, о степени электроосмотической и электрофоретической подвижности: чем выше дзета-потенциал, тем быстрее течение жидкости или движение частицы. До недавнего времени считалось, что фактически дзета-потенциал равен потенциалу поверхности твердого тела на границе с жидкостью. В новой теории герой остался прежним, однако его интерпретация существенно усложнилась.
«В теории Смолуховского предполагается, что дзета-потенциал равен потенциалу самой поверхности и не зависит от других поверхностей, которые находятся рядом, — утверждает Виноградова. — Эти выводы являются следствием классического гидродинамического условия прилипания жидкости к твердому телу. В нашей статье показано, что в случае гидрофобных поверхностей это не так из-за того, что гидрофобная поверхность скользкая, а ассоциированные со скользкой поверхностью ионы могут реагировать на электрическое поле».
Теперь дзета-потенциал оказался связан также с параметрами, характеризующими подвижность поверхностных зарядов и гидродинамическое скольжение на поверхности, и даже получил дополнительную зависимость от возможного близкого присутствия другой поверхности.