Charge dynamics at the interface separating two dielectric media.

Eric Giglio (1, 2)

1 SIMUL - Simulation
2 CIMAP - UMR 6252 - Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique

Charged droplets at the Rayleigh limit: We model and simulate the shape evolution of critically charged droplets, from the initial spherical shape to the charge emission and back to the spherical shape. The shape deformation is described using the viscous correction for viscous potential flow model, which is a potential flow approximation of the Navier-Stokes equation for incompressible Newtonian fluids. The simulated shapes are compared to snapshots of experimentally observed drop deformations. We highlight the influence of the viscosity and charge carrier mobility of the liquid on the shape evolution of droplets and discuss the observed trends. We give an explanation as to why the observed deformation pathways of positively and negatively charged pure water droplets differ. Ion transport through insulating capillaries: Self-organized charged particle guiding by insulating capillaries is modeled and simulated by our code InCa4D. Additionally, an original experimental setup is presented that allows us to monitor the accumulated total charge in the capillary and to link the charge to the transmitted fraction of the beam. In a combined theoretical and experimental study, we give evidence that the self-organized electric potential in tapered glass capillaries has the strength to focus a low energy ion beam, similar to Einzel lenses. The experimental data are corroborated by our simulations, which allows a valuable and comprehensive insight into the dynamics of the self-organized Coulomb potential in irradiated insulating capillaries.

Gouttelettes à la limite de Rayleigh: Lorsqu'une gouttelette chargée atteint une charge critique, elle devient instable et se déforme spontanément. Initialement sphérique, la gouttelette s'allonge, puis émet 2 jets de matières chargés. Ici, nous modélisons et simulons l'évolution de la forme d'une gouttelette chargées et comparons nos simulations aux résultats expérimentaux. La déformation de la gouttelette est décrite en utilisant le modèle d'écoulement potentiel visqueux avec correction visqueuse (VCVPF), qui est une approximation de l'équation de Navier-Stokes pour les fluides newtoniens incompressibles et faiblement visqueux. Nos simulations mettent en évidence l'influence de la viscosité et mobilité des charges du liquide sur l'évolution de la forme des gouttelettes. Nous explications ainsi pourquoi la déformation observée pour des gouttelettes d'eau pure chargée positivement et négativement, est différente. Transport d'ions à travers les capillaires isolants: Le guidage auto-organisé des particules chargées par des capillaires isolants est modélisé, puis simulé par notre code InCa4D. Un dispositif expérimentale original, qui permet de mesurer la charge totale dans le capillaire et de relier cette dernière à la fraction transmise du faisceau, est présenté. Dans une étude théorique et expérimentale combinée, nous montrons que le potentiel électrique auto-organisé dans les capillaires coniques peuvent focaliser un faisceau d'ions de basse énergie, semblable à une lentille d'Einzel. Les données expérimentales sont corroborées par nos simulations, permettant ainsi une compréhension complète de la dynamique de charge à l'interface des isolants.

Mots clés: Charged droplets; Rayleigh; Ion transport; insulating capillaries

Mots clés: Transport d'ions; capillaires isolants

Domaines: Mécanique des fluides [physics.class-ph]

Eric Giglio. Charge dynamics at the interface separating two dielectric media.: Two cases: (1) Shape deformation of droplets charged at the Rayleigh limit. (2) Ion transport through insulating capillaries. Fluid mechanics [physics.class-ph]. Normandie Université, 2019. ⟨tel-04520514⟩