×

具有空间效应的泊松-能斯特-普朗克方程——非凸性和多定态解。 (英语) Zbl 1381.35187号

摘要:我们研究了具有空间效应的泊松-能斯特-普朗克方程(PNP-空间方程)的定态解的存在性和稳定性。我们表明,在一定参数范围内,空间位阻效应会产生相应平稳方程的多个光滑解。然而,发现PNP-空间方程在出现多个解的参数区域不成立。根据这些发现,我们引入了一个新的PNP-Cahn-Hilliard模型,表明它是适定的,并且它可以容纳多个平稳的光滑稳定解。利用分岔分析和数值延拓方法映射了平稳解的各个分支及其稳定性。

MSC公司:

第35季度92 与生物、化学和其他自然科学相关的PDE
35A01型 偏微分方程的存在性问题:全局存在、局部存在、不存在
35A02型 偏微分方程的唯一性问题:全局唯一性、局部唯一性、非唯一性
92E20型 化学中的经典流动、反应等
35B09型 PDE的积极解决方案
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用

参考文献:

[1] Nernst,W.,Die elektromotorische wirksamkeit der jone,Z.Phys。化学。,4, 1, 129-181 (1889)
[2] 普朗克,M.,《电解中的Ueber die erregung von electricität und wärme》,《物理年鉴》。,275, 2, 161-186 (1890)
[3] Gillespie,D。;诺纳,W。;Eisenberg,R.S.,耦合泊松-能斯特-普朗克和密度泛函理论计算离子通量,J.Phys.:康登斯。Matter,14,46,12129(2002)
[4] Bikerman,J.,《双电层的结构和容量》,Phil.Mag.,33384-397(1942)·Zbl 0028.36801号
[5] Borukhov,I。;安德曼,D。;Orland,H.,《电解质中的立体效应:修正的泊松-玻尔兹曼方程》,《物理学》。修订稿。,79, 3, 435 (1997)
[6] Kilic,M.S。;Bazant,M.Z。;Ajdari,A.,大外加电压下电解质动力学中的立体效应。ii、。修正的泊松-能斯特-普朗克方程,物理学。版本E,75,2,021503(2007)
[7] Ben Yaakov博士。;安德曼,D。;哈里斯,D。;Podgornik,R.,《超越标准泊松-玻尔兹曼理论:水溶液中的离子特异性相互作用》,J.Phys.:康登斯。Matter,21,42,424106(2009)
[8] 洛佩斯·加西亚,J.J。;霍诺,J。;Grosse,C.,Poisson-boltzmann对电双层的描述,包括离子尺寸效应,Langmuir,27,23,13970-13974(2011)
[9] Stern-Hamburg,H.O.,Zur theorie der elektrolytischen doppelschicht,S.F.电化学,30,508(1924)
[10] 迪卡普里奥,D。;Z.博尔科夫斯卡。;Stafiej,J.,《Gouy-Chapman理论简单扩展中的特定离子相互作用,包括硬球效应》,J.Electrochem。《社会学杂志》,572,1,51-59(2004)
[11] 迪卡普里奥博士。;Z.博尔科夫斯卡。;Stafiej,J.,Gouy-Chapman理论的简单扩展,包括硬球效应:扩散层对电极-电解质界面微分电容曲线的贡献,J.Electroanal。化学。,540, 17-23 (2003)
[12] Mansoori,G。;北卡罗来纳州卡纳汉。;斯塔林,K。;Leland Jr.,T.,《硬球混合物的平衡热力学性质》,《化学杂志》。物理。,54, 1523-1525 (1971)
[13] Horn,T.-L。;林,T.-C。;刘,C。;Eisenberg,B.S.,具有空间效应的PNP方程:离子通过通道的流动模型,J.Phys。化学。B、 11611422-11441(2012)
[14] Gongadze,E。;Iglić,A.,双电层模型中离子的不对称尺寸和水偶极子的定向有序——分析平均场方法,Electrochim。《学报》,178541-545(2015)
[15] Ben-Yaakov,D。;安德曼,D。;波德戈尼克,R。;Harries,D.,《离子特异性水合作用:扩展泊松-玻尔兹曼理论》,Curr。操作。胶体界面科学。,16, 6, 542-550 (2011)
[16] Booth,F.,《水的介电常数和饱和效应》,J.Chem。物理。,19, 391-394 (1951)
[17] 哈特洛,M.M。;Van Roij,R。;Lue,L.,《高表面电位下的双电层:过量离子极化率的影响》,Europhys。莱特。,97, 2, 28010 (2012)
[18] Ben-Yaakov,D。;安德曼,D。;Podgornik,R.,《作为离子特异性效应来源的介电衰减》,J.Chem。物理。,134, 7, 074705 (2011)
[19] Psaltis,S。;Farrell,T.W.,使用Maxwell-Stefan和Enrnst-Planck方程比较三元电解质的电荷传输预测,J.Electrochem。Soc.,158,1,A33-A42(2011)
[20] Bazant,M.Z。;斯托里,B.D。;Kornyshev,A.A.,《离子液体中的双层:过筛与拥挤》,《物理学》。修订稿。,106046102(2011年)
[21] 加维什,N。;Promislow,K.,微分电容数据的系统解释,Phys。版本E,92,1,012321(2015)
[22] Liu,J.-L。;艾森伯格,B.,《模拟生物离子通道的泊松-能斯特-普朗克-弗米理论》,J.Chem。物理。,141、22(2014)、12B640_1
[23] 艾森伯格,B。;Hyon,Y。;Liu,C.,《水和通道中离子的能量变分分析:复杂离子流体原始模型的场论》,J.Chem。物理。,133, 10, 104104 (2010)
[24] Bazant,M.Z。;Kilic,M.S。;Storey,理学学士。;Ajdari,A.,《关于浓溶液中大外加电压下诱导电荷电动力学的理解》,高级胶体界面科学。,152, 48-88 (2009)
[25] 伊格利奇,A。;Drobne,D。;Kralj-Iglić,V.,《生物系统中的纳米结构:理论和应用》(2015),CRC出版社
[26] 林,T.-C。;艾森伯格,B.,lennard-jones势的新方法和新模型:Pnp-steric方程,Commun。数学。科学。,12, 1, 149-173 (2014) ·Zbl 1293.35034号
[27] 加维什,N。;Promislow,K.,《关于广义泊松-玻尔兹曼方程的结构》,《欧洲应用杂志》。数学。,27, 667-685 (2016) ·兹比尔1383.78028
[28] 艾森伯格,R。;Elber,R.,原子生物学、静电学和离子通道,(蛋白质的新发展和理论研究,第7卷(1996年)),269-357
[29] 考夫曼,I。;Luchinsky,D。;Tindjong,R。;麦克林托克,P。;Eisenberg,R.,《钙离子通道简单模型中的多离子导带》,Phys。生物,10,2,026007(2013)
[30] 林,T.-C。;Eisenberg,B.,具有空间效应的稳态泊松-能斯特-普朗克方程的多解,非线性,28,7,2053(2015),(首次出现为arXiv:1407.8252(2014))·Zbl 1327.76014号
[31] Rubinstein,I.,具有局部电中性的一维电扩散中的多稳态,SIAM J.Appl。数学。,471076-1093(1987年)
[32] Liu,W.,多离子离子通道的一维稳态泊松-能斯特-普朗克系统,《微分方程》,246,1428-451(2009)·Zbl 1165.34032号
[33] 艾森伯格,B。;Liu,W.,《带永久电荷离子通道的泊松-能斯特-普朗克系统》,SIAM J.Math。分析。,38, 6, 1932-1966 (2007) ·Zbl 1137.34022号
[34] 卡恩,J.W。;Hilliard,J.E.,非均匀系统的自由能。I.界面自由能,J.Chem。物理。,28, 258-267 (1958) ·Zbl 1431.35066号
[35] 加维什,N。;Yochelis,A.,《纯离子液体的相分离和极化理论》,J.Phys。化学。莱特。,7, 7, 1121-1126 (2016)
[36] C.Liu,个人通信。;C.Liu,个人通信。
[37] 考克斯,S。;Matthews,P.,《二维旋转对流和磁对流中的新不稳定性》,《物理D》,149,3,210-229(2001)·Zbl 0974.35091号
[38] Golovin,A。;戴维斯,S。;Voorhees,P.,《外延应变固体薄膜中量子点的自组织》,Phys。版本E,68,5,056203(2003)
[39] 施耐德,G。;Zimmermann,D.,marangoni对流不稳定性的ginzburg-landau近似证明,数学。方法应用。科学。,36, 9, 1003-1013 (2013) ·Zbl 1285.35114号
[40] T.Dohnal,J.Rademacher,H.Uecker,D.Wetzel,pde2path 2.0:多参数延拓和周期域,ENOC。;T.Dohnal,J.Rademacher,H.Uecker,D.Wetzel,pde2path 2.0:多参数延拓和周期域,ENOC。
[41] Uecker,H。;Wetzel博士。;Rademacher,J.D.,pde2path——一个用于二维椭圆系统的延拓和分岔的matlab软件包,Numer。数学。:理论方法应用。,7, 01, 58-106 (2014) ·Zbl 1313.65311号
[42] 海耶斯,R。;Warr,G.G。;Atkin,R.,《离子液体中的结构和纳米结构》,《化学》。版本115,6357-6426(2015)
[43] 加维什,N。;Elad,D。;Yochelis,A.,《从无溶剂电解质到稀电解质:连续体理论的基本成分》,J.Phys。化学。莱特。,9 (2018)
[44] 比尔,S。;加维什,N。;Uecker,H。;Yochelis,A.,《离子液体从本体自组装到连续方法中的电扩散层:阴阳离子尺寸不对称的影响》,Phys。修订版E,95,6060201(R)(2017)
[45] 加维什,N。;维尔萨诺,I。;Yochelis,A.,带电相分离驱动的空间局域自组装,SIAM J.Appl。动态。系统。,16, 4, 1946-1968 (2017) ·Zbl 1381.37104号
[46] Yochelis,A。;辛格,M。;Visoly-Fisher,I.,离子液体中耦合体和近电极界面纳米结构,化学。材料。,27, 4169-4179 (2015)
[47] 梅兹格,M。;罗思(Roth,R.)。;施罗德,H。;Reichert,P。;Pontoni,D。;Reichert,H.,离子液体溶液的固液界面-界面分层和体相关性,J.Chem。物理。,142, 164707 (2015)
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。