せん断流と流れ方向の電界で懸濁した粒子の近くの速度

希釈（体積分率φ∞<4×10-3）懸濁液中の直径が約0.5 µmの粒子は、粒子のマイクロチャネルを介して反対方向に並んでいるように、特定の条件下で特定の条件下で「バンド」と呼ばれる非常に伸長構造に集合します - ベースのレイノルズ数はrep <<<1.粒子が近くに濃縮され、次にチャネル壁の約6 µm以内に「バンド」を形成します。ここで説明する実験では、粒子の初期濃度または蓄積中の個々の「トレーサー」粒子の壁近くのダイナミクスと、粒子が異なる壁に近いせん断速度と電気で比較的安定したバンドを形成した定常状態の段階を調べます。フィールドの大きさ。驚くべきことに、壁近くの上流の粒子速度は、両方の流れの重ね合わせと電気泳動の対象となる粒子に基づいて、予想される値よりも一貫して大きいことがわかりました。ただし、粒子速度は電界の大きさの変化に応じて直線的にスケールし、粒子のダイナミクスが線形電気動態現象によって支配されていることを示唆しています。理論とのこの矛盾が粒子の電気泳動の変化に起因する場合、電気泳動は、スモルチョフスキー関係の20％〜50％の値に大幅に減少します。

Particles with a diameter of ∼0.5 µm in a dilute (volume fractions φ∞  < 4 × 10-3 ) suspension assemble into highly elongated structures called "bands" under certain conditions in combined Poiseuille and electroosmotic flows in opposite directions through microchannels at particle-based Reynolds numbers Rep  < < 1. The particles are first concentrated near, then form "bands" within ∼6 µm of, the channel wall. The experiments described here examine the near-wall dynamics of individual "tracer" particles during the initial concentration, or accumulation, of particles, and the steady-state stage when the particles have formed relatively stable bands at different near-wall shear rates and electric field magnitudes. Surprisingly, the near-wall upstream particle velocities are found to be consistently greater in magnitude than the expected values based on the particles being convected by the superposition of both flows and subject to electrophoresis, which is in the same direction as the Poiseuille flow. However, the particle velocities scale linearly with the change in electric field magnitude, suggesting that the particle dynamics are dominated by linear electrokinetic phenomena. If this discrepancy with theory is only due to changes in particle electrophoresis, electrophoresis is significantly reduced to values as small as 20%-50% of the Smoluchowski relation, or well below previous model predictions, even for high particle potentials.