离子液体结构链长效应:结构不均匀到离子液晶

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离子液体是常温下的熔盐,有希望成为对环境不好的有机溶剂的替代品。相较于无机的熔盐,他们有更低的熔点,在其中加入较大的有机阳离子即可。通常来说,阳离子的大部分电荷都集中于头部。当侧链较短时,侧链尾部依然有部分电荷存在。随着链长的增加,尾部的电荷减少,阳离子的两亲性也显现出来。在离子液体中,若其阳离子侧链为一条中性非极性的碳原子烷基侧链,则该离子液体体系在结构上会有纳米尺度的不均匀性质,其极性基团(阳离子头部基团与阴离子)会形成一个极性网络,非极性侧链会相互聚集,最后该非极性侧链聚集区会被连续极性网络分开,形成一个个局部聚拢区域。本文首先综述了离子液体、摸拟用的分子动力学方法和咪唑盐离子液晶,然后介绍先前王延頲教授所模拟出的离子液体随链长增加的不均匀性质,在此基础上,用EF-CG分子动力学粗粒化模拟方法重复了先前的计算机模拟,并把阳离子环上的非极性侧链进一步增长,继续做同样的分子动力学粗粒化模拟,从结果中可以看出由于非极性侧链间愈加强烈的范德瓦耳斯力,离子液体的结构会从空间不均匀转变到类似离子液晶的状态。本文中所用的是XMIm+/NO3-离子液体,发现其侧链上的碳原子链从14增至16时,该体系的结构会从不均匀态转至离子液晶态。在类离子液晶相中,非极性侧链开始互相趋于平行,而阳离子的头部基团和阴离子,大多在垂直侧链方向上形成层状,不过其仍然也会形成一个连续的极性网络。  
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