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Ion correlations in nanofluidic channels: Effects of ion size valence and concentration on voltage- and pressure-driven currents

机译:离子相关在纳米流体通道:离子大小化合价和浓度对电压 - 和压力驱动电流的影响

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摘要

The effects of ion-ion and ion-wall correlations in nanochannels are explored, specifically how they influence voltage- and pressure-driven currents and pressure-to-voltage energy conversion. Cations of different diameters (0.15, 0.3, and 0.9 nm) and different valences (+1, +2, and +3) at concentrations ranging from 10–6 M to 1 M are considered in 50 nm- and 100 nm-wide nanoslits with wall surface charges ranging from 0 C/m2 to –0.3 C/m2. These parameters are typical of nanofluidic devices. Ion correlations have significant effects on device properties over large parts of this parameter space. These effects are the result of ion layering (oscillatory concentration profiles) for large monovalent cations and charge inversion (more cations in the first layer near the wall than necessary to neutralize the surface charge) for the multivalent cations. The ions were modeled as charged, hard spheres using density functional theory of fluids and current was computed with the Navier-Stokes equations with two different no-slip conditions.
机译:探索了纳米通道中离子-离子和离子-壁相关性的影响,特别是它们如何影响电压和压力驱动电流以及压力-电压能量转换。在50 nm范围内考虑了浓度范围为10 -6 M至1 M的不同直径(0.15、0.3和0.9 nm)和化合价(+ 1,+ 2和+3)的阳离子-和100 nm宽的纳米缝隙,壁表面电荷范围为0 C / m 2 至–0.3 C / m 2 。这些参数是纳米流体装置的典型参数。离子相关性在此参数空间的很大一部分上对器件的性能有重大影响。这些影响是大单价阳离子的离子分层(振荡浓度分布)和多价阳离子的电荷反转(靠近壁的第一层中的阳离子多于中和表面电荷所必需的)的结果。使用流体的密度泛函理论将离子建模为带电的硬球体,并使用具有两种不同防滑条件的Navier-Stokes方程计算电流。

著录项

  • 期刊名称 other
  • 作者单位
  • 年(卷),期 -1(29),4
  • 年度 -1
  • 页码 1303–1317
  • 总页数 31
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种
  • 中图分类
  • 关键词

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