Новые механизмы перехода к режимам сверхпредельных токов в умеренно концентрированных электролитах около неидеальных ионоселективных поверхностей

Автор: Георгий Сергеевич Ганченко

Соавторы: Г.C. Ганченко, Н.Ю. Ганченко, А.И. Манрикян

Организация: Финансовый университет при Правительстве РФ

Известно, что при эксплуатации ионоселективных поверхностей возникает один из трех токовых режимов: допредельный (омический), предельный или сверхпредельный [1]. Большинство изученных сценариев возникновения сверхпредельных токов были рассмотрены из предположения идеальности ионоселективной мембраны [1, 2], а различные виды неидеальности мембраны рассматривались как небольшие количественные поправки к уже изученным явлениям. Однако, как показали последние исследования [3, 4], в неидеальных мембранах действуют качественно новые механизмы возникновения неустойчивости. Эти механизмы становятся еще более выраженными для концентрированных растворов электролитов, поведение которых гораздо менее изучено. Так, было показано, что наряду с электрокинетической неустойчивостью, которая вызвана электроосмотическим скольжением на границе зоны пространственного заряда, в системе с неидеальной мембраной также присутствует объемная неустойчивость.

На рисунке представлена карта режимов для двух ключевых параметров: число Дебая ν (отношение толщины двойного электрического слоя к толщине мембраны) и безразмерного заряда мембраны N(отношение заряда мембраны к равновесной концентрации ионов в электролите). На фоне цветом обозначено критическое значение безразмерной разности потенциалов (отношение разности потенциалов и термического потенциала). Кривая 1 разделяет области монотонной (I, II) и колебательной (III, IV) неустойчивостей, а кривая 2 – области равновесной (II, III) и неравновесной (I, IV) неустойчивостей. Для мембран с достаточно большим зарядом, которые близки к идеальным, всегда реализуется только классическая неравновесная электрокинетическая неустойчивость, в то время как с уменьшением заряда мембраны или увеличением концентрированности электролита проявляются новые равновесные и колебательные механизмы неустойчивости.

Работа выполнена при частичной финансовой поддержке РФФИ 18-08-01158-а и Министерства образования и науки Краснодарского края, проект № 16-48-230107-р_а.