强磁场环境中离子液体物性原位研究装置

离子液体开创了绿色化学转化的新途径，是国际科技前沿。然而，离子液体粘度高、导电性较差等成为其工业应用的瓶颈。外场强化为解决这些难题提供了新方法，日益受到国内外重视。强磁场作为一种极端条件的特殊电磁场形态，能够将高强度的能量无接触地传递到物质的原子或分子尺度，改变原子/分子的排列、三维结构及迁移，活化分子键、改变作用力，从而改变物质的性能。目前针对离子液体在强磁场环境中的物性研究几乎还是空白，究其原因关键是缺乏高性能的强磁场作用下的原位研究装置。本项目提出研制强磁场环境中离子液体物性原位研究装置，该装置可以产生10T的强磁场，可实现强磁场作用下离子液体的微观结构、PVT关系以及导电性的原位研究，揭示强磁场对离子液体结构、PVT关系以及导电性的影响机制及调控规律。该装置的研制成功，将为研究外场强化条件下离子液体的构效关系提供新手段，具有重要的科学意义及应用价值。

离子液体是具有离子键和氢键网络的有机室温液体介质，在绿色化学和技术领域促进了很多新的发展。然而，离子液体粘度高、导电性较差等成为其工业应用的瓶颈。外场强化为解决这些难题提供了机遇，日益受到学术界和工业界的关注。强磁场作为一种极端条件的特殊电磁场形态，能够将高强度的能量无接触地传递到物质的原子或分子尺度，改变原子/分子的排列、三维结构及迁移，活化分子键、改变作用力，从而改变物质的性能。目前针对离子液体在强磁场环境中的性质和行为研究几乎还是空白，究其原因关键是缺乏高性能的强磁场作用下的原位研究装置。本项目提出研制强磁场环境中离子液体物性原位研究装置，可实现强磁场作用下离子液体的微观结构、导电性的原位研究，揭示强磁场对离子液体结构、PVT关系以及导电性的影响机制及调控规律。该装置的研制成功，将为研究外场强化条件下离子液体的构效关系提供新手段，具有重要的科学意义及应用价值。 . 本项目主要研究包括四部分：（1）大孔径高匀强磁场及其协同作用的优化设计；（2）热态无干扰原位观测和分析表征技术；（3）自动控制及数据采集、并行处理和实时成像系统；（4）原位研究装置的系统校验及在典型体系中的应用。.经过四年的研发，已经成功的搭建了一套室温孔径为15厘米的超导磁体系统用于研究强磁场对化学反应和离子液体物性的影响。同时通过用硅油加热系统，来对反应体系或者液体介质进行控温以避免对磁场本身的影响；集成傅里叶红外光谱光纤探头和高速摄像头来观测研究体系在磁场的行为；采用高精度电流源和电压表集成为测量系统检测磁场对离子液体输运性质的影响。. 本项目顺利完成了预设的既定目标，并对系统的基本功能进行了初步验证。离子液体中除了静电相互作用外还存在氢键力、极化作用和空间位阻等影响，因此复杂体系的离子液体中的物性参数（黏度、电导等）不能用阿仑尼乌斯方程进行推论，必须引入更加复杂的VTF (Vogel–Tamman–Fulcher)模型进行研究。其主要原因是因为随温度的降低，由于颗粒间的众多相互作用及作用力大小介于固体颗粒和液体中分子间之间，其行为与玻璃态物质非常接近。通过研究不同磁场下电导的变化行为，首次发现由于外加磁场引起解离能增加可诱导离子有序排列的升高，导致表观磁阻的升高。.