工學院: 化學工程學研究所指導教授: 李克強穆思齊Mu, Szu ChiSzu ChiMu2017-03-022018-06-282017-03-022018-06-282015http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/271826本研究以假性光譜法數值模擬多孔粒子在懸浮液中之電動力學行為，其中包含了電泳與電導度。為了適當描述此系統，我們採用Brinkman所提出的多孔物質模型，並在此物理空間中求解相互耦合的電動力學方程組。軟球粒子具有可供流體穿透的軟球層與不可穿透的硬球核，並且能修改參數以模擬硬球或多孔粒子，因此能夠更貼切描述生物粒子或聚電解質聚合物。 現存軟球粒子相關的電動力學理論，大多假設粒子帶電量必須極低，這個假設使他們的結果無法表現出粒子帶電量非線性的影響。此外，在本身帶電量足夠高時，離子雲的極化效應也會浮現，而使粒子帶電量對泳動度的影響更加複雜，本論文突破了粒子帶電量的限制，分別探討軟球膠體粒子懸浮溶液中的垂直氣液交界面之膠體電泳現象與懸浮液電導度測量。由於垂直氣液交界面之膠體電泳現象與懸浮液電導度測量雖然皆隸屬於電動力學現象，但座標系統與邊界條件卻大相逕庭，因此我們將其分成兩個部份，分別在第二章理論分析兩個小節分開介紹；第三章詳述本論文所採用的數值方法與計算流程，並介紹垂直氣液交界面之膠體電泳現象於數值畸點上所需要做的代數處理。在內容上，我們將分為兩個章節討論，其中第四章討論單顆軟球粒子垂直氣液交界面之膠體電泳現象，第五章為密集軟球粒子在電解質溶液中之電導度測量。 在單顆軟球粒子垂直氣液交界面之膠體電泳現象章節中，我們發現軟球粒子越接近介面處時，離子雲的變形越為嚴重，會大幅降低泳動度。而比較氣液交界面與平板邊界效應影響時，可以發現兩者狀況下電泳現象是相當不同的，不論是離子雲變形的形式或是電泳速度的影響。而在密集軟球粒子在電解質溶液中之電導度測量研究中，我們發現電導度基本上不太隨著軟球層的摩擦係數變化而影響，且當電解質濃度高時，相對電導度會回歸至趨近於1，但大體上仍會小於1，具體原因在第五章節會做討論。The electrokinetic behavior including electrophoresis of a soft particle normal to air-water interface and conductivity of concentrated suspensions of charged soft particles is investigated. Brinkman model is adopted to simulate the porous structure. A pseudo-spectral method based on Chebyshev polynomials is used to solve the resulted general electrokinetic equations. Instead of the classic hard sphere model, soft particle model may be a better choice in describing bio-particles and polyelectrolytes, which are usually permeable to ions and fluid in its soft layer. In the project “electrophoresis of a soft particle normal to air-water interface”, we found that there is an induced electric field opposite to the applied electric field near the interface, which is because of the deformation of the double layer. And when we compared two diffirent boundary effects of air-water interface and solid plane, we can found that the geometry of the deformation of the double layer is different from air-water interface to solid plane, and in consequence different electrical mobility. In the project “conductivity of concentrated suspensions of charged soft particles”, we found that the relative conductivity is not affect much to the permeability of the soft layer. And the relative conductivity will finally approach 1 when double layer is thin enough, but it is still less than 1 because of the non-conducting solid core.2606898 bytesapplication/pdf論文公開時間: 2015/8/17論文使用權限: 同意有償授權(權利金給回饋學校)軟球粒子電泳電導度氣液交界面邊界效應soft particleelectrophroesisconductivityair-water interfaceboundary effectthesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/271826/1/ntu-104-R02524080-1.pdf