孔洞理论在离子液体相转变及传导性质中的应用

As a method that connects materials microscopic structure and macroscopic transport properties, hole theory has been extensively applied to polymer substances, but for the innovative material ionic liquids, related works are rare. Ionic liquids have many excellent properties, and therefore promise in future application. Due to the huge number of possible ion combination, a method that can construct microscopic structure from its chemical combination and predict macroscopic transport properties from microscopic structure is crucial. This work is mainly introduce hole theory into ionic liquids analysis, contribute to construct hole model of this material, using molecular dynamic method to simulate microscopic structure, obtain free volume structure, distribution and number density information, compare with the result from experiment, apply Cohen-Turnbull model to connect transport properties as viscosity and conductivity with hole volume, construct relationship between microscopic structure with macroscopic properties in ionic liquids. Meanwhile verify Flory’s iso-free volume glass transition model.

孔洞理论作为连接物质微观结构与宏观输运性质的方法，在高聚物中已有广泛的应用，而对与离子液体这一新兴的材料，相关的工作却还比较少。离子液体具有许多优良的性能，具有广泛的应用前景，由于其化学结构组合的多样性，一个可以由分子组合预测微观结构，并能由微观结构预测宏观输运性质的方法至关重要。本次工作主要是将孔洞理论引入到离子液体的分析中，致力于建立离子液体的孔洞模型，利用分子动力学方法模拟微观结构，获得自由体积结构，分布及数密度信息，与实验结果进行对比，并利用Cohen-Turnbull模型将输运性质如粘滞性，电导性与孔洞体积相联系，建立离子液体微观结构与宏观性质的联系。并同时验证Flory的等自由体积玻璃态转变模型。

离子液体为熔化温度低于100摄氏度,甚至接近于室温的有机盐,具有极低的蒸汽压,不易污染环境,可作为易蒸发液体的绿色替代品,具有很好的应用前景.其达到10的18次方的可能组合使得理解此物质微观分子结构与宏观基础物理性能关联成为必需.本项工作对于离子液体材料的自由体积与各项基础物理性质(质量密度,表面张力与传导性质)之间的关联进行了研究.对两种离子液体材料:1-丁基-3-甲基咪唑-三(五氟乙基)三氟磷酸与1-丁基-3-甲基咪唑-双[双(五氟乙基)膦基]酰亚胺进行了正电子淹没寿命谱实验测量,对于正电子偶素寿命随不同物质相(结晶相与不定型相)的变化,本工作进行了非常详尽的描述.样品中不定型相下平均局域自由体积由正电子寿命谱计算得到.由正电子实验得出的孔洞体积与由表面张力通过Fürth理论计算出来的孔洞体积符合较好.由本工作得到的自由体积由Cohen-Turnbull拟合与样品粘滞性进行了比较.对于自由体积对于传导性质的影响进行了分析讨论.本工作建立了简要的自由体积模型用于解释自由体积与分子体积的关联.