[发明专利]一种定量化离子液体与固体界面间单分子作用力的方法在审
申请号: | 202110131865.1 | 申请日: | 2021-01-30 |
公开(公告)号: | CN112946321A | 公开(公告)日: | 2021-06-11 |
发明(设计)人: | 邹依含;吉韵霏;安蓉 | 申请(专利权)人: | 南京理工大学 |
主分类号: | G01Q60/24 | 分类号: | G01Q60/24;G01Q30/20 |
代理公司: | 南京理工大学专利中心 32203 | 代理人: | 赵毅 |
地址: | 210094 *** | 国省代码: | 江苏;32 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 量化 离子 液体 固体 界面 分子 作用力 方法 | ||
本发明为一种定量化离子液体与固体界面间单分子作用力的方法。该方法包含以下步骤:将二氧化硅微球与离子液体混合,放入恒温摇床,经过离心洗涤烘干后取出,经计算得到二氧化硅微球单位面积吸附的离子液体数。然后利用原子力显微镜AFM得到二氧化硅胶体探针与离子液体之间的力曲线,结合前面计算出的单位面积离子液体数量,可得到单分子力。应用本方法得到的力学参数,可以应用在计算机模拟中。运用计算机模拟方法研究离子液体与表面,能够提供定性地描述,给出材料结构与性能的定量结果,从而得到最优的实验方案。能够预测离子液体与固体表面如何能达到润滑性能最好或电学性能最好,避免重复实验造成的资源浪费,快速高效地达到目的。
技术领域
本发明属于定量测定分子间作用力领域,涉及一种定量化离子液体与固体界面间单分子作用力的方法。
背景技术
离子液体是一种可以在室温下以液态形式稳定存在的盐,具有化学、热稳定性高,电化学性能好,可设计性强,绿色可回收等优点,基于这些优点,离子液体在环保、储能和润滑等领域已有大量应用。在环保领域,因为离子液体对于CO2的气体选择性和溶解度较高,所以离子液体可以在固体表面形成一层离子液体支撑膜来吸收CO2,从而减轻工业生产过程中排放的CO2带来的污染;在储能领域,离子液体可以作为电解质的添加剂,一方面提高电池的电导率和循环性能,另一方面可以提高电池的安全性和稳定性;在润滑领域,离子液体作为固体材料表面润滑剂的新兴“潜力股”,与传统润滑剂相比,离子液体的高稳定性和高导热性保证其耐高压,容易散热。并且离子液体中的阴、阳离子与带有相反电荷的固体表面形成相互吸引的作用,可以帮助离子液体在高载荷条件下不被挤出摩擦界面造成润滑失效。离子液体润滑剂也可用于极端操作条件下的应用,因此在空间技术、国防和化工等重要领域和高新产业有潜在的应用价值。在这些应用中,离子液体不免要与各种不同性质的固体材料表面接触,研究相互接触的固液二者间的相互作用力对于整体的性能表现至关重要。
研究界面主要有三种方法,理论分析,实验测定及模拟计算。计算机模拟既不是实验方法也不是理论方法,它是在实验的基础上,通过一些基本的物理理论,构建起来的一套模型和算法,可以计算分子的结构和描述分子的行为。与大型物理分析仪器相比,计算机模拟价格便宜,结果可信度高。对于获取分子间相互作用程度的实验数据,或者想获得表面改性后的某些性质,使用计算机模拟得到的数据就更加的方便可靠且准确。总的来说,计算机模拟具有以下几个优势:(1)计算机模拟是对具体问题的物理模型做某种必要的近似,所以更适合研究接近实际的复杂问题。(2)计算机模拟可以给出某些实验上无法或难以测量的量(3)计算机模拟更直观,可以给出材料结构和性能的定量结果。
大数据时代是当今时代发展的主要趋势,利用计算机模拟的方法进行科研显得愈发重要。在其应用过程中,函数模型好比是计算机模拟的发动机,函数模型中涉及的力场参数则是必不可缺的零件。本专利所述的方法所得到的不同的固体界面与不同的离子液体间的的单分子力,经过转化后可以直接作为计算机模拟中所需要的力场参数。对于离子液体这类可设计性极强的阴阳离子化合物,可组成的离子液体类型种类繁多,按照传统的实验室人工测试,会极大地浪费人力物力,而利用计算机模拟的方法就可以快速准确的描述不同材料之间的相互作用力,从而得到最优的组合方案。例如可以预测特定材料间怎样的离子液体设计可以达到吸收气体速率最快、电化学储存能量最高以及润滑性能最优的状态,从而避免资源浪费,快速精准的达到目的。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种定量化离子液体与固体界面间单分子作用力的方法。
本发明提供了一种定量化离子液体与固体界面间单分子作用力的方法。包括以下步骤:
将二氧化硅微球与离子液体混合,放入恒温摇床,经过离心洗涤烘干后取出,经计算得到二氧化硅微球单位面积吸附的离子液体数。然后利用原子力显微镜(AFM)得到二氧化硅胶体探针与离子液体之间的力曲线,结合前面计算出的单位面积离子液体数量,可得到单分子力。
具体步骤如下:
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