Published September 11, 2019
| Version v1
Publication
Open
Percolation Phase Transition from Ionic Liquids to Ionic Liquid Crystals
Creators
- 1. Institute of Theoretical Physics
- 2. Chinese Academy of Sciences
Description
Abstract 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.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
الخلاصة نظرًا لهياكلها الجزيئية المعقدة وتفاعلاتها، غالبًا ما يكون من الصعب تحديد سلوكيات الطور للسوائل المعقدة من خلال طرق تحليل الانتقال في الطور المشترك. من ناحية أخرى، فإن انتقال طور الترشيح يراقب فقط درجة الاتصال بين الجسيمات دون متطلبات هندسية صارمة مثل الترتيب الانتقالي أو الاتجاهي، وبالتالي فهو مناسب لتحديد انتقالات الطور للسوائل المعقدة. كسوائل معقدة نموذجية، تُظهر السوائل الأيونية (ILs) مراحل تتجاوز وصف النظريات السائلة البسيطة. على وجه الخصوص، مع طول السلسلة الجانبية الموجبة المتوسطة، يمكن أن تشكل ILs حالة السائل المنفصل النانوي (NSL)، والتي ستتحول في النهاية إلى بنية البلورة السائلة الأيونية (ILC) عندما تكون السلاسل الجانبية طويلة بشكل كافٍ. ومع ذلك، فإن الآلية المجهرية لهذا التحول لا تزال غير واضحة. في هذا العمل، من خلال محاكاة الديناميكيات الجزيئية ذات الحبيبات الخشنة، نوضح أنه مع زيادة طول السلسلة الجانبية الموجبة، تتشكل بعض القطع المحلية من المجالات غير القطبية تدريجياً بواسطة سلاسل جانبية محاذية بالتوازي داخل مرحلة NSL، قبل حدوث انتقال مفاجئ في مرحلة الترشيح عندما يتحول النظام إلى مرحلة ILC. لا يحدد هذا العمل فقط أن انتقال مرحلة NSL إلى ILC هو ظاهرة حرجة، ولكنه يوضح أيضًا أهمية نظرية الترشيح للسوائل المعقدة.Translated Description (French)
Résumé En raison de leurs structures moléculaires complexes et de leurs interactions, les comportements de phase des fluides complexes sont assez souvent difficiles à identifier par des méthodes communes d'analyse de transition de phase. La transition de phase de percolation, d'autre part, ne surveille que le degré de connexion entre les particules sans exigences géométriques strictes telles que l'ordre de translation ou d'orientation, et convient donc pour localiser les transitions de phase de fluides complexes. En tant que fluides complexes typiques, les liquides ioniques (IL) présentent des phases au-delà de la description des théories liquides simples. En particulier, avec une longueur de chaîne latérale cationique intermédiaire, les IL peuvent former l'état de liquide ségrégé (NSL) à l'échelle nanométrique, qui finira par se transformer en structure de cristal liquide ionique (ILC) lorsque les chaînes latérales sont suffisamment longues. Cependant, le mécanisme microscopique de cette transformation n'est toujours pas clair. Dans ce travail, au moyen d'une simulation de dynamique moléculaire à gros grains, nous montrons que, avec l'augmentation de la longueur des chaînes latérales cationiques, certains morceaux locaux de domaines non polaires sont progressivement formés par des chaînes latérales alignées en parallèle à l'intérieur de la phase NSL, avant qu'une transition de phase de percolation abrupte ne se produise lorsque le système se transforme en phase ILC. Ce travail identifie non seulement que la transition de phase NSL à ILC est un phénomène critique, mais démontre également l'importance de la théorie de la percolation pour les fluides complexes.Translated Description (Spanish)
Resumen Debido a sus complejas estructuras moleculares e interacciones, los comportamientos de fase de los fluidos complejos a menudo son difíciles de identificar mediante métodos comunes de análisis de transición de fase. La transición de fase de percolación, por otro lado, solo monitorea el grado de conexión entre partículas sin requisitos geométricos estrictos, como el orden traslacional u orientacional, y por lo tanto es adecuada para identificar transiciones de fase de fluidos complejos. Como fluidos complejos típicos, los líquidos iónicos (IL) exhiben fases más allá de la descripción de teorías líquidas simples. En particular, con una longitud de cadena lateral catiónica intermedia, los IL pueden formar el estado líquido segregado a nanoescala (NSL), que eventualmente se transformará en la estructura de cristal líquido iónico (ILC) cuando las cadenas laterales sean adecuadamente largas. Sin embargo, el mecanismo microscópico de esta transformación aún no está claro. En este trabajo, mediante simulación de dinámica molecular de grano grueso, mostramos que, con el aumento de la longitud de la cadena lateral catiónica, algunas piezas locales de dominios no polares se forman gradualmente por cadenas laterales alineadas en paralelo dentro de la fase NSL, antes de que ocurra una transición abrupta de la fase de percolación cuando el sistema se transforma en la fase ILC. Este trabajo no solo identifica que la transición de fase de NSL a ILC es un fenómeno crítico, sino que también demuestra la importancia de la teoría de la percolación para fluidos complejos.Files
s41598-019-49493-3.pdf.pdf
Files
(4.4 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:ec2b948f26782fd790149f73b129c473
|
4.4 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- انتقال مرحلة الترشيح من السوائل الأيونية إلى بلورات السائل الأيوني
- Translated title (French)
- Transition de phase de percolation des liquides ioniques aux cristaux liquides ioniques
- Translated title (Spanish)
- Transición de fase de percolación de líquidos iónicos a cristales líquidos iónicos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2973006724
- DOI
- 10.1038/s41598-019-49493-3
References
- https://openalex.org/W1969209494
- https://openalex.org/W1981021420
- https://openalex.org/W1988164141
- https://openalex.org/W1988539146
- https://openalex.org/W1988863581
- https://openalex.org/W1991794210
- https://openalex.org/W1993161319
- https://openalex.org/W1998130733
- https://openalex.org/W2013478319
- https://openalex.org/W2020779810
- https://openalex.org/W2022138493
- https://openalex.org/W2035687084
- https://openalex.org/W2036376596
- https://openalex.org/W2057831874
- https://openalex.org/W2071200300
- https://openalex.org/W2076209562
- https://openalex.org/W2081693079
- https://openalex.org/W2082675425
- https://openalex.org/W2092895472
- https://openalex.org/W2097615091
- https://openalex.org/W2111849270
- https://openalex.org/W2128228409
- https://openalex.org/W2168536864
- https://openalex.org/W2261936466
- https://openalex.org/W2283210487
- https://openalex.org/W2324700840
- https://openalex.org/W2334824422
- https://openalex.org/W2408218571
- https://openalex.org/W2461326112
- https://openalex.org/W2558839795
- https://openalex.org/W2750442856
- https://openalex.org/W3020825243
- https://openalex.org/W4299506498