Struktur und Dynamik ionischer Flüssigkeiten

So zeigen unsere Simulationsergebnisse, dass es in vielen ionischen Flüssigkeiten mit amphiphilen Komponenten ausgedehnte polare und unpolare Bereiche gibt, die mit Abkühlung wachsen und bikontinuierliche Phasen bilden. Zudem lassen sich auf intermediären Zeitskalen zwischen ballistischer und diffusiver Bewegung Ionen mit stark verschiedener Dynamik unterscheiden. Da eine Beobachtung dieser ausgedehnten strukturellen und dynamischen Heterogenitäten eine rechenintensive Simulation großer Systeme erfordert, entwickeln wir zur Steigerung der Simulationseffizienz im Rahmen des Sonderforschungsbereichs TRR 146 gemeinsam mit anderen Arbeitsgruppen vergröberte Modelle von ionischen Flüssigkeiten.

Ferner lässt sich mittels NMR sowohl die lokale Rotationsdynamik als auch die langreichweitige Translationsdiffusion der Ionen studieren. Wir nutzen dieses Potential, um z.B. zu erforschen, wie die Eigenschaften von der chemischen Struktur der Ionen abhängen und wie strukturelle Inhomogenitäten auf der Nanometer-Skala das Zusammenspiel zwischen kurz- und langreichweitiger Dynamik beeinflussen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Größe der Kationen, z.B. die Länge ihrer Alkylketten, aber nicht die der Anionen die absoluten und relativen Diffusionskoeffizienten der Ionen bestimmen. Ferner finden wir, dass eine Segregation in ausgedehnte polare und unpolare Bereiche zu Abweichungen von der Stokes-Einstein-Debye-Relation führen kann, die als charakteristisches Merkmal von Flüssigkeiten eine Kopplung von Rotationsdynamik und Translationsdiffusion vorhersagt.