Escoamento eletro-osmótico usando o método Dissipative Particle Dynamics

Abstract

Simulações computacionais apresentam um papel importante devido à facilidade em lidar com sistemas de muitas partículas. Ao considerar suas interações eletrostáticas, a natureza de longo alcance do potencial coulombiano traz algumas complicações; visto que não é possível a aplicação de condições periódicas de contorno convencionais, por exemplo. Neste trabalho, será apresentado um método baseado em dinâmica molecular que contorna esse problema. Usando as somas de Ewald - onde o potencial coulombiano é separado em partes de longo e curto alcance - torna-se possível calcular as interações eletrostáticas com eficiência e acurácia. Além disso, a técnica Dissipative Particle Dynamics é utilizada para as interações de natureza mecânica. O método foi aplicado na investigação das correlações iônicas no escoamento eletro-osmótico em uma geometria planar. Os resultados foram comparados com a teoria de Poisson-Boltzmann, que apresentaram comportamento compatível com esta quando dentro do regime de campo médio. Os resultados obtidos ainda permitiram a validação da teoria de Acoplamento Forte. As comparações são apresentadas no artigo “Electroosmosis as a probe for electrostatics correlations”, onde apresenta uma discussão sobre o papel das correlações eletrostáticas na eletro-osmose. Em geral, o método se mostrou eficaz para calcular as propriedades hidrodinâmicas de fluidos carregados confinados.

Computational simulations play an important role in science, they allow us to study many-particle systems. When the electrostatic interactions are considered, the long-range nature of Coulomb potential brings some difficulties since it is not possible to use regular periodic boundary conditions. In this work, we show a method that can avoid this issue. With Ewald Summations the Coulomb potential is split up into short and long-range contributions, and the electrostatic interactions are computed efficiently. The Dissipative Particle Dynamics is used to control the collisions between the particles. The method was applied in the investigation of the role of ionic correlations on electroosmotic flow in planar double-slit channels. The results were compared with the Poisson-Boltzmann theory showing good agreement when in the mean-field regime. Besides, the results have validated the Strong Coupling theory. The work was published in the paper “Electroosmosis as a probe for electrostatics correlations” where a discussion about electrostatic correlations in electroosmotic flow is shown. In general, with this method, the hydrodynamics properties of confined charged fluids can be computed efficiently and reliably.