室溫離子液體電導(dǎo)率的研究.pdf

1、室溫離子液體(Room Temperature Ionic Liquid, RTIL)是完全由陰、陽離子組成，且熔點(diǎn)不高于室溫的新型液體，具有不揮發(fā)，不可燃，熔點(diǎn)低，工作溫度范圍寬，電導(dǎo)率高等優(yōu)點(diǎn)，是解決目前能源危機(jī)、溫室效應(yīng)等全球型問題的關(guān)鍵材料[Nature Materials， 2009， 8，621]。近年來，RTIL在能源設(shè)備、光電子、微流控光器件等領(lǐng)域應(yīng)用蓬勃開展，但是離子液體應(yīng)用最關(guān)鍵的物理特性之一-電導(dǎo)率的規(guī)律以及離子的

2、遷移機(jī)理至今仍存在爭議，未能為人們理解。本文旨在針對以上問題進(jìn)行研究分析。
　　 首先概述了離子液體的特性和在光電子、微流控光學(xué)等方向的應(yīng)用。探討了基礎(chǔ)的相關(guān)物理化學(xué)特性，如熔點(diǎn)、密度和粘度等。接著以最常用的咪唑類液體為例，詳細(xì)討論了離子液體導(dǎo)電規(guī)律。重點(diǎn)報(bào)導(dǎo)了電導(dǎo)率與陽離子取代基鏈長冪次方之間的線性依賴關(guān)系，總結(jié)了陰陽離子組合、離子結(jié)構(gòu)等因素對電導(dǎo)率的影響。
　　 在此前面分析的基礎(chǔ)上，提出了一種基于空位理論的電導(dǎo)率模

3、型。借助從頭計(jì)算方法總結(jié)了這些常見室溫離子液體的結(jié)構(gòu)和電荷分布特征，提出了“牽引移動(dòng)”理論用于修正空位模型，實(shí)現(xiàn)對室溫離子液體電導(dǎo)率的精確估算。結(jié)果表明(1)對于常用的二十多種離子液體，使用修正模型可將電導(dǎo)率平均計(jì)算誤差由27％降低至2％左右；(2)電導(dǎo)率計(jì)算值變化規(guī)律與使用NMR(核磁共振)實(shí)驗(yàn)擴(kuò)散系數(shù)得出的計(jì)算值趨勢相吻合；(3)離子遷移數(shù)與已報(bào)導(dǎo)的的數(shù)值吻合，同時(shí)可用于解釋離子液體系統(tǒng)中，體積較大的陽離子卻可以擁有較高遷移數(shù)的問題

4、。
　　 最后，從宏觀物理量和定理出發(fā)，使用量綱分析方法導(dǎo)出離子液體電導(dǎo)率的一般性關(guān)系模型。結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確性和普適性，對300多組室溫、高溫離子液體及二元混合離子液體均適用。結(jié)果表明(1)離子液體的電導(dǎo)率與摩爾密度的4/3次方成正比，與動(dòng)力學(xué)粘度成反比；(2)被廣泛接受的Walden經(jīng)驗(yàn)公式在離子液體系統(tǒng)中并不能足夠準(zhǔn)確地描述電導(dǎo)率關(guān)系；(3)給出計(jì)算載流子遷移率和解離度計(jì)算式，提出電導(dǎo)率、粘度、密度及解離度的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒⒓右?/p>