Las estructuras líquidas iónicas magnéticas se dilucidaron mediante simulación híbrida de Monte Carlo inverso. Los resultados de la investigación aclararon la comprensión fundamental de los líquidos puros con respuestas magnéticas y condujeron al desarrollo de MIL para una variedad de aplicaciones prácticas. Crédito:Ryusuke Futamura, Facultad de Ciencias, Departamento de Química, Universidad Shinshu
Un equipo de investigación dirigido por Ryusuke Futamura de la Universidad Shinshu investigó la respuesta de los líquidos iónicos magnéticos (MIL) a los campos magnéticos desde puntos de vista microscópicos. Fluidos magnéticos, que puede responder a campos magnéticos, se puede preparar dispersando nanopartículas ferromagnéticas en un disolvente. Algunos líquidos puros que no son mezclas también responden a campos magnéticos. Por ejemplo, el oxígeno es un líquido alrededor de -200 ° C y es atraído por imanes. En este estudio, líquidos iónicos magnéticos puros Emim [FeCl 4 ] y Bmim [FeCl 4 ] fueron examinados a escala microscópica. Estos líquidos son atraídos por imanes a temperatura ambiente, pero Emim [FeCl 4 ] también sufre un cambio de comportamiento paramagnético a antiferromagnético a 3.8K.
El ferromagnetismo se produce en los objetos que la gente considera "imanes, "como los imanes de nevera. Los átomos o iones magnéticos tienen dipolos magnéticos (norte y sur) en la escala molecular que interactúan entre sí y muestran ferro- o antiferro-magnetismo a larga distancia en sus estructuras cristalinas. Bmim [FeCl 4 ] no cristaliza incluso a bajas temperaturas, y son amorfos, o informe. En este estudio se demostró que incluso en este estado amorfo, hay estructuralidad en el corto rango y varios iones magnéticos forman una estructura de asociación alineada. Se cree que esta es la razón de la temperatura negativa de Curie-Weiss, que se puede observar como una propiedad física macroscópica.
Fue difícil investigar y comprender la formación de la estructura líquida de Emim [FeCl 4 ] y Bmim [FeCl 4 ]. Los líquidos y los objetos amorfos no tienen una estructura ordenada de largo alcance, lo que significa que el análisis estructural de dichos materiales se realiza mediante mediciones de dispersión de rayos X seguidas de un análisis de distribución radial. Sin embargo, Los MIL son sistemas binarios que constan de cationes y aniones. Esto dificulta el examen mediante análisis de distribución radial ordinario. Aquí es donde ayudó el método híbrido de Monte Carlo inverso (HRMC). Combinó la medición de la dispersión de rayos X con la simulación molecular para demostrar claramente las estructuras de coordinación precisas de las dos MIL. Esto ha hecho posible discutir el catión-catión, anión-anión, y catión-anión de la estructura líquida.
Formación de la estructura de asociación de iones magnéticos (FeCl4-) (obligómero). Las esferas verde y gris representan los átomos de Cl y Fe, respectivamente. Las líneas rojas conectan los átomos de Fe en las redes Fe-Cl-Cl-Fe Crédito:Ryusuke Futamura, Facultad de Ciencias, Departamento de Química, Universidad Shinshu
Cambio de temperatura de la estructura de coordinación del anión alrededor del catión del líquido iónico magnético (Bmim [FeCl4]) Crédito:Ryusuke Futamura, Facultad de Ciencias, Departamento de Química, Universidad Shinshu
Mediante el uso del análisis de funciones de distribución espacial, se ha hecho posible visualizar la estructura de coordinación de iones. La dependencia de la temperatura de la función de distribución espacial que muestra la estructura de coordinación de los aniones alrededor de los cationes en la MIL se puede ver que cuanto menor es la temperatura, cuanto más amplia es la esfera de coordinación y más borroso es el sitio. Los investigadores pudieron aclarar las características de las sustancias que aparecen en las propiedades físicas macroscópicas desde una perspectiva microscópica.
El primer autor Futamura se especializa en los nanoespacios de materiales porosos. Espera sintetizar nuevos materiales compuestos combinando materiales porosos y líquidos iónicos. Al confinar MIL en el nanoespacio de materiales porosos, espera crear nuevos materiales funcionales para diversas aplicaciones. Estos MIL se consideran materiales funcionales híbridos orgánicos-inorgánicos que tienen potencial para usos químicos y físicos excepcionales.
