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Percolation Phase Transition from Ionic Liquids to Ionic Liquid Crystals

机译：从离子液体到离子液晶的渗流相变

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摘要

Due to their complex molecular structures and interactions, phase behaviors of complex fluids are quite often difficult to be identified by common phase transition analysis methods. Percolation phase transition, on the other hand, only monitors the degree of connection among particles without strict geometric requirements such as translational or orientational order, and thus suitable for pinpointing phase transitions of complex fluids. As typical complex fluids, ionic liquids (ILs) exhibit phases beyond the description of simple liquid theories. In particular, with an intermediate cationic side-chain length, ILs can form the nanoscale segregated liquid (NSL) state, which will eventually transform into the ionic liquid crystal (ILC) structure when the side chains are adequately long. However, the microscopic mechanism of this transformation is still unclear. In this work, by means of coarse-grained molecular dynamics simulation, we show that, with increasing cationic side-chain length, some local pieces of non-polar domains are gradually formed by side chains aligned in parallel inside the NSL phase, before an abrupt percolation phase transition happens when the system transforms into the ILC phase. This work not only identifies that the NSL to ILC phase transition is a critical phenomenon, but also demonstrates the importance of percolation theory to complex fluids.
机译：由于其复杂的分子结构和相互作用，通常很难通过常见的相变分析方法来识别复杂流体的相态。另一方面，渗流相变仅在没有严格几何要求（例如平移或取向顺序）的情况下监控颗粒之间的连接程度，因此适合于查明复杂流体的相变。作为典型的复杂流体，离子液体（IL）表现出超出简单液体理论描述范围的相。特别地，具有中等阳离子侧链长度，IL可以形成纳米级分离液（NSL）状态，当侧链足够长时，它将最终转变为离子液晶（ILC）结构。但是，这种转变的微观机制仍不清楚。在这项工作中，通过粗粒度分子动力学模拟，我们表明，随着阳离子侧链长度的增加，在NSL相内部平行排列的侧链会逐渐形成一些非极性结构域的局部片段。当系统转换为ILC阶段时，会发生突然的渗透阶段过渡。这项工作不仅确定了NSL向ILC的相变是一个关键现象，而且证明了渗流理论对复杂流体的重要性。

著录项

  • 期刊名称 Scientific Reports
  • 作者

    Shen Li; Yanting Wang;

  • 作者单位
  • 年(卷),期 -1(9),-1
  • 年度 -1
  • 页码 13169
  • 总页数 8
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种
  • 中图分类
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