vestnik Экологический вестник научных центров Черноморского экономического сотрудничества Ecological Bulletin of Research Centers of the Black Sea Economic Cooperation 1729-5459 Кубанский государственный университет RU 700 Научная статья Original article Статьи Article Электрокинетические эффекты вблизи пространственно-неоднородных электроселективных поверхностей Electrokinetic effects near the space-inhomogeneous electroactive surfaces Кирий В.А. Кирий Владимир Александрович Kiriy Vladimir A. vladimir@kiriy.ru

преподаватель кафедры математики и информатики Краснодарского филиала Финансового университета при Правительстве Российской Федерации

 Калайдин Е.Н. Калайдин Евгений Николаевич Kalaydin Evgeniy N. ENKalaydin@fa.ru

д-р физ.-мат. наук, заведующий кафедрой математики и информатики Краснодарского филиала Финансового университета при Правительстве Российской Федерации

 Краснодарский филиал Финансового университета при Правительстве Российской Федерации, КраснодарFinancial University under the government of the Russian Federation, Krasnodar branch, Krasnodar 30 09 2016 3 43 49 31 08 2016 13 09 2016 30 09 2016 Copyright (c) 2016 Кирий В.А., Калайдин Е.Н. 2016 Кирий В.А., Калайдин Е.Н. Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.

This manuscript considers the model of non-homogeneous membrane having alternating conductive and non-conductive areas. Numerically investigated the hydrodynamics near a membrane under the influence of an external electric field. The effect on the system two mechanisms — Dukhina vortex formation and Rubinstein-Saltzman. It is shown that the predominant mechanism Dukhina except for a narrow region of potential difference values. It was found that for a small amount of non-conductive areas and the main contribution of the system impedance makes the electrolyte resistance, and at large - the conductivity of the membrane. Detected a pronounced maximum current through the membrane, depending on the coverage ratio, where the current intensification can reach 60%.

Впервые численно исследованы электрокинетические эффекты вблизи неоднородных ионоселективных поверхностей, состоящих из чередующихся проводящих и непроводящих элементов при наличии нормального к поверхности электрического тока. Обнаружен необычный эффект усиления тока при "правильном чередовании" проводящих и непроводящих участков поверхности. Найдено качественное совпадение вольт-амперной характеристики для однородных и неоднородных мембран. Выявлено различие физических механизмов, отвечающих за сверхпредельный ток в обоих случаях.

 система Нернста-Планка-Пуассона-Стокса неоднородная мембрана сверхпредельный ток электрокинетическая неустойчивость электролит system Nernst-Planck-Poisson-Stokes heterogeneous membrane overlimiting current electrokinetic instability electrolyte Работа выполнена при поддержке РФФИ (15-58-45123-Инд_а, 14-08-01171_а). Chang H.-C., Yossifon G., Demekhin E.A. Nanoscale electrokinetics and microvortices: How microhydrodynamics affects nanofluidic ion flux // Annu. Rev. Fluid Mech. 2012. Vol. 44. P. 401-426. Belova E. I., Lopatkova G. Yu., Pismenskaya N. D., Nikonenko V. V., Larchet C., Pourcelly G. Effect of anion-exchange membrane surface properties on mechanisms of overlimiting mass transfer // J. Phys. Chem. B. 2006. Vol. 110. P. 13458-13469. Slouka Z., Senapati S., Yan Yu., Chang H.-C. Charge inversion, water splitting and vortex suppression due to DNA sorption on ion-selective membranes and their ion-current signatures // Langmuir. 2013. Vol. 29. P. 8275-8283. Rubinstein I., Zaltzman B. Electro-osmotically induced convection at a permselective membrane // Phys. Rev. E. 2000. Vol. 62. P. 2238. Rubinstein I., Zaltzman B. Electro-osmotic slip and electroconvective instability // J. Fluid Mech. 2007. Vol. 579. P. 173. Демёхин Е.А., Шапарь Е.М., Лапченко В.В. К возникновению электроконвекции в полупроницаемых электрических мембранах // ДАН. 2008. Т. 421. № 4. С. 478-481. . Doklady akademii nauk , 2008, vol. 421, no. 4, pp. 478-481. (In Russian)] Demekhin E. A., Shelistov V. S., Polyanskikh S.V. Linear and nonlinear evolution and diffusion layer selection in electrokinetic instability // Phys. Rev. E. 2011. Vol. 84. P. 036318. Demekhin E.A., Nikitin N.V., Shelistov V.S. Direct numerical simulation of electrokinetic instability and transition to chaotic motion // Phys. Fluids. 2013. Vol. 25. No. 6. P. 12201(1-29). Demekhin E.A., Nikitin N.V., Shelistov V.S. Three-dimensional coherent structures of electrokinetic instability // Phys. Rev. E. 2014. Vol. 90. No. 1. P. 013031(1-9). Dukhin S.S. Electrokinetic phenomena of the second kind and their applications? // Adv. Colloid Interface Sci. 1991. Vol. 35. P. 173-196. Chang H.-C., Demekhin E.A., Shelistov V.S. Competition between Dukhin's and Rubinstein's electrokinetic modes // Phys. Rev. E. 2012. Vol. 86. P. 046319.