室温离子液体电导率等输运特性的研究

摘要

室温离子液体是指在常温下或接近常温时呈液态且完全由阴阳离子组成的离子化合物。离子液体因其熔点低、蒸汽压低、导电性优良、电化学窗口较宽、无毒等独特的物理化学性质，受到了化学界、工业界以及其它科学领域的广泛关注，被誉为“环境友好型”材料，近些年已经成为众多领域的热门研究对象。然而，目前对于离子液体基础性质的研究还比较少，离子液体的微观结构与其导电性的关系还不明确，理论研究严重落后于实际应用，这一矛盾严重地阻碍了离子液体更加深入的发展。
　　本文的研究课题就是基于这样的现实矛盾提出的，首先从计算机仿真模拟入手，用计算模拟仿真软件分别对几种典型离子液体进行计算机仿真模拟，并计算出它们的自扩散系数、电导率等输运参量数值。然后根据离子液体的共性，构建离子液体唯象导电模型，定义离子集团模型表征参量，推导电导率方程，计算迁移率、自扩散系数、电导率等输运特性参量，最后用实验数据验证并得出最终结论。主要工作如下：
　　（1）计算机模拟计算5种离子液体的自扩散系数、电导率等输运特性参量。用分子动力学模拟计算离子液体的输运特性参量，构建模拟仿真环境，获得离子的速度和位置坐标，据此计算离子液体的密度、均方位移等中间量，根据这些中间量计算出几种离子液体的自扩散系数和电导率。计算机仿真计算结果与实验测量结果比较符合，本文中的实验测量值因子Watanebe等人的工作。
　　（2）根据计算机仿真结果归纳输运特性参量值的变化规律，并分析导致变化的内在原因；比较仿真计算摩尔电导率与实验测量值之间的结果误差，基于算机仿真环境与真实环境的差异，分析得出离子液体中存在的可能微观团簇结构。
　　（3）根据离子液体特点构建离子液体通用模型----离子集团模型，定义出离子密度、集团密度、集团尺寸、活动电荷数、离子活性因子和活性电荷密度等离子集团的表征参量。根据量纲分析法推导出离子电导率方程，找出电导率与活性电荷密度、黏度和集团密度的物理关系。推导载流子输运特性参量的表达式，运用实验测量和计算机仿真结果验等参数计算出离子液体的载流子输运参量值，与实验数据比较验证理论。

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专用术语注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2离子液体的研究现状

1.3课题来源及研究意义

1.4本文的研究内容与篇章结构

第二章 相关背景知识介绍

2.1室温离子液体简介

2.2室温离子液体的发展历程

2.3分子动力学模拟

2.4量纲分析法简介

2.5本章小结

第三章 用分子动力学模拟研究离子液体输运特性

3.1引言

3.2研究对象和模拟计算方法简介

3.3输运参数计算

3.4数据结果讨论与分析

3.5本章小结

第四章 离子液体集团模型理论分析

4.1引言

4.2理论模型构建

4.3离子集团电导率方程和表征量

4.4验证和讨论

4.5结论

4.6本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

附录 攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢