利用金刚石对顶砧技术和落球黏度测量方法相结合，本研究对两种典型的离子液体[C4mim][BF4]和[C6mim][BF4]在更高压强条件下的黏度进行了原位测量。

实验所用的[C4mim][BF4]和[C6mim][BF4]样品均购买于中国科学院兰州化学物理研究所。在常温常压条件下，两种离子液体均为无色透明液体，熔点、密度和黏度等物性参数详见表6-1，所有数据均由实验样品的生产者提供。

表6-1　样品参数

利用高压原位黏度测量系统对[C4mim][BF4]进行黏度测量，测试过程中记录并计算相关数据:样品密度ρ液、金属小球密度ρ球、金属小球直径2r球、金属小球收尾速度v0、修正因子γ和样品黏度η液等(详见表6-2～表6-5)。实验环境温度为20℃。

表6-2　[C4mim][BF4]的体积和密度(20℃)

续表

注:P:利用红宝石荧光峰R1峰位确定。2R:利用图像处理软件确定。2L:利用显微镜分别聚焦两个金刚石压力砧面获得载物台微调旋钮的刻度差值。0GPa时[C4mim][BF4]样品密度1.26 g/cm3由生产厂家提供。样品腔体积利用公式V＝πR2×2L确定。其他压强条件下[C4mim][BF4]样品密度利用公式ρ液＝ρ0V0/V液确定。

表6-3　样品腔中钨球的收尾速度(20℃)

注:P:利用红宝石荧光峰R1峰位确定。S:利用图像处理软件确定。t:利用视频处理软件确定。v0:选取多次测量获得的vmax。

表6-4　样品腔边界效应引起的修正因子(20℃)(www.daowen.com)

续表

注:P:利用红宝石荧光峰R1峰位确定。2r和2R:利用图像处理软件确定；2L:利用显微镜分别聚焦两个金刚石压力砧面获得显微镜微调旋钮的刻度差值。γ:利用式(6-8)～式(6-11)计算确定。

表6-5　[C4mim][BF4]的黏度(20℃)

如表6-5所示，我们利用高压原位黏度测量系统测量得到在20℃、常压条件下[C4mim][BF4]的黏度值约为η＝162 cP。该测量值与样品生产商提供的标准值(η＝140 cP，20℃)相比，测量值略高。测量结果出现偏差可能原因有:样品腔直径或厚度测量存在误差；金属小球直径测量存在误差；无法保证金属小球在样品腔的正中心位置做匀速下落运动等。尽管测量结果存在偏差，但该黏度测量系统的偏差度约为15.7%，明显低于Munro等(1979)提出的30%的仪器偏差度。这一结果的出现可能与精细处理样品腔形状和图像处理技术较为成熟等有关。此外，从表6-5我们不难发现，从常压增加至1.15 GPa过程中，[C4mim][BF4]样品的黏度从1.62×102cP增加至2.24×107cP，跨越了5个数量级，表明压强对[C4mim][BF4]的黏度影响非常大。

依据表6-5中[C4mim][BF4]的高压黏度测量结果，图6-13为20℃，0～1.15 GPa压强范围内[C4mim][BF4]的黏度与压强之间的关系图。同时，图6-13中还给出了Harris等(2007)使用传统大腔体压力产生装置测得的[C4mim][BF4]黏度数据。从图6-13中，我们不难看出两组数据的黏度对数与压强都存在近似线性关系，因此对其各自进行线性拟合处理，拟合结果如下:

图6-13　[C4mim][BF4]黏度与压强变化关系

测量结果:lgη＝2.167＋4.409×P(R2＝99.87%)(压强范围:0～1.15 GPa)

文献报道:lgη＝2.044＋4.337×P(R2＝99.96%)(压强范围:0～0.20 GPa)

该结果表明:利用金刚石对顶砧和落球黏度测量方法测量得到的[C4mim][BF4]黏度结果与Harris等(2007)报道的实验结果基本相符。