Электрокинетическая неустойчивость в вязкоэластичных электролитах

Автор: Георгий Сергеевич Ганченко

Соавторы: В.А. Попов, Р.Р. Пономарев, Е.А. Демехин

Организация: Финансовый университет при Правительстве Российской Федерации

В наше время наблюдается активное внедрение ионоселективных поверхностей в устройства медицинской и химической диагностики. Это связано с тем, что около ионоселективных поверхностей, под действием электрического поля образуется существенный объемный заряд и наблюдается концентрационная поляризация. Данные эффекты приводит к тому, что электрокинетические эффекты значительно усиливаются. Так, например, около ионоселективных поверхностей возможен электроосмос второго рода, который характерен квадратичной зависимостью скорости течения жидкости от напряженности внешнего поля, в то время как около непроницаемых диэлектрических поверхностей возможен только электрофорез первого рода, который отличается всего лишь линейной зависимостью.

Несмотря на очевидные преимущества ионоселективных поверхностей их использование затруднено проявлением различных неустойчивостей, в том числе электрокинетической неустойчивости [1]. На данный момент механизм электрокинетической неустойчивости в ньютоновских жидкостях изучен достаточно подробно [2], но попытки использования этого эффекта для биологических жидкостей приводили к неожиданным результатам. Нестыковки могут быть связаны с неньютоновскими свойствами биологических жидкостей. Работы по исследованию электроконвекции в неньютоновских жидкостях стали появляться совсем недавно [3], в них показано, что вязкоэластичные свойства жидкостей могут существенно влиять на электроконвекцию, однако сам механизм еще плохо изучен. 

Наше исследование посвящено линейному анализу устойчивости стационарного решения и поиску критических значений параметров, то есть в те моменты, когда неустойчивость только начинает проявляться. Изучение электрокинетической неустойчивости именно около критических значений напряженности внешнего электрического поля позволяет понять ее особенности в вязкоэластичных электролитах.  

Работа выполнена при финансовой поддержке Совета по грантам Президента Российской Федерации, грант для молодых кандидатов наук МК-259.2021.1.1

1. Rubinstein I., Zaltzman B. Electro-osmotically induced convection at a permselective membrane // Physical Review E. 2000.  Vol. 62, No 2. P. 2238–2251.

2. Demekhin E. A., Ganchenko G. S., Kalaydin E. N. Transition to electrokinetic instability near imperfect charge-selective membranes // Physics of Fluids. 2018. Vol. 30, No 8. P. 082006.

3. Li G., Archer L. A., Koch D. L. Electroconvection in a Viscoelastic Electrolyte // Physical Review Letters. 2019. Vol. 122, No 12. P. 124501.