Международная группа ученых, включающая представителей Курского государственного университета и Сколковского института науки и технологий, выяснила, что ионные жидкости проводят электрический ток посредством своеобразной «эстафеты», в которой «палочкой» выступает заряд.

Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review X.

Ионные жидкости представляют собой жидкие соли. Неорганические соли, такие, как, скажем, пищевая соль – это кристаллы, которые превращаются в жидкость только при очень высоких температурах. Если же молекулы соли — органические молекулы, их температура плавления невысока и они становятся жидкими уже при комнатных температурах. Поэтому их называют «ионными жидкостями комнатной температуры».

Ионные жидкости комнатной температуры могут проводить электрический ток, не токсичны и выдерживают высокое электрическое напряжение. Также они устойчивы к высоким температурам, а их ионы практически не участвуют в электрохимических реакциях. Легко смешивающиеся друг с другом, они подходят для создания специальных растворителей.

Перечисленные свойства приводят к практически неограниченному числу разнообразных растворителей с необходимыми качествами, что делает ионные жидкости перспективными для применения в самых различных устройствах: от суперконденсаторов до гидравлических приводов. В будущем ионные жидкости могли бы стать «кровью» роботов.

Физический механизм электропроводности ионных жидкостей комнатной температуры был предметом споров с самого момента их открытия. Для изучения динамики частиц в них ученые применили методы молекулярно-динамического моделирования и теоретический анализ скоростно-автокорреляционных функций.

Оказалось, что механизм электропроводности в таких жидкостях весьма необычен. Механизм проводимости тока в ионных жидкостях напоминает эстафету с зарядом: возникающие свободные ионы переносят электрический заряд до тех пор, пока «живы», и передают его новым ионам, что поддерживает движение электрического тока. Так, большую часть времени положительные и отрицательные ионы проводят в нейтральных парах или кластерах, образуя нейтральное непроводящее вещество. Однако, время от времени положительные и отрицательные ионы из-за тепловых колебаний временно «рождаются» в жидкости, что делает ее проводящей. Анализ показал, что положительные и отрицательные ионы рождаются, как правило, парами.

«Мы ожидаем, что явления, наблюдаемые в полупроводниках, будут обнаружены в ионных жидкостях комнатной температуры и найдут множество важных применений», — отметил один из соавторов работы, профессор Сколтеха Николай Бриллиантов.