非平衡稳态离子液体中纳米结构的多尺度计算机模拟

离子液体可被广泛应用于化工，汽车，能源，军事等等诸多领域。当被用于火箭推进剂和燃料电池电解液等用途时，离子液体主要工作于非平衡态。我们的理论研究已经发现了平衡态离子液体中的纳米尺度的非均质结构及其对离子液体物理性质的影响。本课题将应用多尺度粗粒化的计算机模拟方法，研究在外加力场作用下离子液体中的纳米尺度的分离相的结构变化，及其对离子液体物理性质的影响。对离子液体的物理分析将在非平衡态热力学，尤其是最近发展出的涨落理论的框架中进行。本课题不但将对离子液体在非平衡条件下的应用给予理论指导，而且离子液体的非平衡态模拟结果将为丰富和完善包括涨落理论在内的非平衡态热力学理论提供实例。

本项目很好地完成了申请书中计划的对于离子液体非平衡稳态的分子动力学模拟以及非平衡稳态的理论研究的内容，并把研究扩展到对离子液体液晶态、极性离子液体以及和频产生光谱的研究，为下一步继续深化和扩展对离子液体的理论和模拟研究打下了良好的基础。具体的研究成果如下：（1）运用离子笼的概念研究了静电场作用下非平衡稳态离子液体的结构和动力学性质，给出了离子液体随外场变化的微观机制。（2）以分子动力学模拟为手段研究了非平衡态的输运和聚集理论，指出非平衡态的输运性质对温度的依赖服从修改后的Arrhenius关系，以及吸引作用与有限温度下的随机行走的竞争关系对物质非平衡聚集的动力学过程的影响。（3）模拟给出了离子液体内禀电场随离子的分子结构的变化关系及其微观机制。（4）运用分子动力学模拟研究了离子液体从非均质相到液晶相的转变，指出阳离子尾部范德华力的增强是导致结构转变的关键因素。（5）运用分子动力学模拟研究了极性尾部的离子液体的结构和动力学性质，发现大量氢键的形成导致离子液体的不再形成尾部聚团的结构，并使其动力学变慢。（6）针对水表面的和频产生光谱理论的研究取得了一定进展，并有望在今后的工作中把它应用到对离子液体表面的研究。