The electrophoretic mobility of bare and soft spherical colloids : a molecular dynamics study

Abstract

In this work, the electrophoretic mobility of colloids in salt solutions are studied by means of coarse-grained Molecular Dynamics simulations. Two different types of colloids are considered; bare colloids and polyelectrolyte-grafted colloids. A novel model for simulation of large bare colloids in the presence of explicit ions is developed. Comparison of the results with experimental data helps gain a better understanding of the mechanisms responsible for the interesting phenomenon of mobility reversal. Furthermore, a hitherto unknown electrokinetic behavior of polyelectrolyte-grafted colloids is found from simulations including full hydrodynamic interactions. The validity of the existing theories is verified via comparison with simulation results.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit Computersimulationen der Elektrophorese kolloidaler Teilchen in Salzlösungen. Zwei unterschiedliche Typen von Kolloiden sind betrachtet; nackte Kolliode und Polyelektrolyt-beschichtete Kolloide. Ein neues Modell ist entwickelt, das Simulationen von großen nackten Kolloiden in Gegenwart von expliziten Ionen ermöglicht. Dabei helfen Vergleiche mit unabhängigen Experimenten, die Simulationen mancher Phänomene, wie z.B. Mobilitätmkehr, besser zu verstehen. Außerdem, ist ein neues, bisher unbekanntes, elekrophoretisches Verhalten von Polyelektrolyt-beschichteten Kolloiden, durch Computersimulationen entdeckt, die eine vollständige Beschreibung der hydrodynamischen Wechselwirkungen einschließen. Dabei werden die Simulationsergebnisse mit bestehenden Theorien verglichen, deren Gültigkeit und Grenzen dadurch überprüft werden.