​​​В этом году сотрудники лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем Физического факультета НГУ и Института катализа СО РАН продолжили изучение ионных жидкостей в сотрудничестве с коллегами из Германии и Японии. На основании опыта предыдущих исследований ученые смогли построить модель, которая позволила количественно оценить наличие кластеров с катион-катионной водородной связью в ионной жидкости. Было установлено, что количество таких кластеров напрямую влияет на процесс кристаллизации: большое количество катион-катионных кластеров позволяет ионной жидкости не замерзать, а переходить в состояние стекла при сверхнизких температурах, сохраняя внутреннюю подвижность частиц. Результаты исследования были опубликованы в The Journal of Physical Chemistry Letters.

Ионные жидкости в широком смысле представляют собой любые расплавленные соли, например, хлорид натрия (поваренная соль), который плавится при температуре выше 800 градусов Цельсия. В настоящее время под термином «ионные жидкости» чаще всего подразумевают соли, температура плавления которых ниже температуры кипения воды (100 градусов Цельсия) — так называемые ионные жидкости первого поколения.

— Прошлые исследования помогли понять основной механизм, почему какие-то жидкости замерзают, а какие-то переходят в сверхпереохлажденное и затем в стеклянное состояние. Оказалось, что ключевую роль играет взаимодействие частиц в ионной паре. Наличие кластеров с положительно заряженной водородной связью показывает, насколько вещество может быть разупорядочено — и это предотвращает процесс замерзания, в отличие от четких упорядоченных структур, которые легко превращаются в кристалл при низких температурах, — рассказал старший научный сотрудник ЛСиФСМС ФФ НГУ и ИК СО РАН Даниил Колоколов.​

Благодаря модели, построенной учеными, можно оценить термодинамические процессы внутри ионной жидкости, посчитать количество положительно заряженных кластеров и обычных, анион-катионных, и выяснить, какие следует заменить для того, чтобы расширить температурные диапазоны поддерживания ионной жидкости в состоянии стекла.

— Это большое достижение как для фундаментальной, так и прикладной науки: наша модель позволяет описать как саму термодинамику процесса и поведение вещества при перераспределении водородных связей, так и химическую составляющую, которая зависит от выбора иона. Вся борьба в ионных жидкостях идет именно для поиска нужных катионов и анионов. С помощью нужного выбора мы можем достигнуть определенных функциональных свойств, например, регулировать вязкость, проводимость, температуру плавления, — добавил ученый.​

Ионные жидкости используются в самых разных областях. Например, их можно использовать для экстракции химических веществ из смесей, в качестве криопротекторов (добавление ионной жидкости в водный раствор препятствует его фазовым переходам при воздействии низких температур, например, при заморозке биологического материала водный раствор не кристаллизуется), а также в качестве проводящей среды (электролитов). Кроме того, ионные жидкости предполагается использовать для закалки металлов и в качестве заполнения стеклянного тела глаза, так как ионная жидкость не высыхает, не испаряется и способна поддерживать необходимые функции органа в разных температурных режимах.


hh.png 



Рис. Локальная структура водородосвязанных образований в протонных ионных жидкостях​​

Источники

Ученые создали модель, предсказывающую наличие нетипичных кластеров связи в ионных жидкостях
Новосибирский государственный университет (nsu.ru), 16/10/2020

Похожие новости

  • 28/08/2020

    СУНЦ НГУ познакомил школьников с учеными

    Этим летом при поддержке новосибирской ФМШ впервые прошли дистанционные экскурсии по институтам Новосибирского научного центра. Идея организовать онлайн-экскурсии возникла, когда стало понятно, что традиционные летние мероприятия СУНЦ НГУ в этом году будут проходить дистанционно.
    613
  • 29/06/2018

    В НГУ начнут готовить специалистов для синхротрона

    ​Проект «СКИФ», реализацию которого поддержал в феврале 2018 года Президент РФ Владимир Путин, предполагает строительство такого оборудования, которому нет аналогов в мире по качеству пучков. Будущий источник синхротронного излучения можно смело отнести к последнему, четвертому поколению.
    1086
  • 16/07/2019

    Международная школа по методам высоких давлений Европейского центра синхротронных исследований

    ​Преподаватель и студенты новой междисциплинарной магистерской программы «Методическое обеспечение физико-химических исследований конденсированных фаз» приняли участие в международной школе по методам высоких давлений (Schoo on High Pressure Techniques), которая прошла в Гренобле (Франция) с 17 по 21 июня.
    1151
  • 13/07/2020

    Новосибирские ученые усовершенствовали процесс разделения ксилолов

    ​Ученые лаборатории структуры и функциональных свойств молекулярных систем Физического факультета НГУ и Института катализа СО РАН исследовали молекулярный механизм процесса получения чистых изомеров ксилола.
    952
  • 09/07/2020

    Физики изучают возможность генерации «закрученных» поверхностных плазмон-поляритонов на Новосибирском лазере на свободных электронах

    ​​Специалисты Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирского государственного университета (НГУ) совместно с коллегами из Самарского национального исследовательского университета имени академика С.
    1576
  • 13/03/2017

    Центр энергоэффективного катализа НГУ как воплощение идеи интеграции НГУ и ИК СО РАН

    Научно-образовательный центр энергоэффективного катализа (НОЦ ЭК), созданный Институтом катализа им. Г.К. Борескова СО РАН и Новосибирским государственным университетом при финансовой поддержке Фонда «Сколково», за три года функционирования показал выдающиеся результаты.
    2001
  • 09/04/2019

    Сибирские ученые оптимизируют работу электронных дисплеев органическими полупроводниками

    ​Ученые Новосибирского государственного университета (НГУ) займутся исследованием свойств органических полупроводников (материалов, используемых в электронике), чтобы повысить эффективность используемых сейчас электронных дисплеев, сообщил ТАСС руководитель лаборатории органической оптоэлектроники НГУ Евгений Мостович.
    1721
  • 01/11/2017

    Сибирские ученые в составе международной группы по-новому объяснили левитацию капель над горячими поверхностями

    ​Ученые из Новосибирского госуниверситета, Томского политехнического университета и Южного методистского университета США разработали новую модель для объяснения поведения капель над горячими жидкостями.
    1877
  • 15/08/2019

    Эксперимент Belle II пройдет с участием ученых Академгородка

    ​Эксперимент Belle II — это один из экспериментов в физике высоких энергий, работающий на передовых рубежах современной науки. Данные, полученные в результате эксперимента, позволят проверить предсказания Стандартной модели для вероятностей редких распадах B- и D-мезонов и t-лептона, улучшить точность измерения параметров нарушения симметрии между веществом и антивеществом и, возможно, обнаружить проявления новой физики.
    1094
  • 12/03/2019

    Нобелевский лауреат Амано Хироси выступит с лекцией в НГУ

    В рамках визита японский ученый встретится с сотрудниками научно-исследовательских институтов СО РАН и студентами НГУ.   Японский инженер-электроник и физик Хироси Амано получил Нобелевскую премию по физике в 2014 году за создание светоизлучающих диодов, которые стали эффективными источниками света.
    1830