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随着纳米科学和技术的兴起,器件的微型化已成为未来科学发展的必然趋势,研究纳米尺度下物质的性质及应用具有重要的理论意义和潜在的应用价值。然而,由于实验设备的昂贵性和技术手段的复杂性,实验上难以观察纳米尺度下物质微观特性的细节。分子动力学是一种可以详细观察物质微观特性细节的有效工具,其可以从分子或原子层面揭示物质微观特性的本质。咪唑类离子液体是一种新型的软功能材料,因其优异的物理化学性质（如宽液程、难挥发、极低蒸气压、高热稳定性、无毒和绿色环保）被广泛应用于各个领域。因此,本文以分子动力学为主要研究方法,研究了纳米限域咪唑类离子液体的润湿行为及能量收集。本文首先建立了咪唑类离子液体液滴受限于纳米尺度硅基底的动态润湿行为研究模型,并在室温下研究了液滴的动态润湿行为。研究发现当体相咪唑类离子液体受限于硅基底表面时,咪唑类离子液体和硅基底之间的范德华力会迫使其在固—液界面处形成很强的吸附层。该吸附层中阳离子中的咪唑环平面近似平行于硅基底表面,阴阳离子有一定的取向结构且其密度大约是体相密度的2倍。咪唑类离子液体液滴受限于硅基底表面时,阴阳离子会沿着硅基底表面扩散并润湿硅基底表面。当咪唑类离子液体液滴完全润湿硅基底表面时其平衡接触角呈各向异性,产生该现象的原因是阳离子中咪唑环和烷基链与硅基底之间的范德华力大小不同。同时,研究发现当液滴半径从1.0 nm增加到3.0 nm时平衡接触角逐渐增大并趋于饱和,该饱和现象可归功于固—液界面处吸附层中离子的数量随着液滴半径的增大而趋于饱和。此外,液滴平衡接触角还随着咪唑类离子液体粘度的增大而增大,随着温度的升高而减小。当温度增加到一个阈值400 K时,液滴平衡接触角趋于饱和,类半球体的液滴转变为液体薄膜。本文进一步建立了咪唑类离子液体受限于纳米石墨烯通道的能量收集系统模型,并在室温下进行了能量收集研究。研究发现咪唑类离子液体同样会在固—液接触面处形成很强的吸附层。当咪唑类离子液体在外部加速度的驱动下流过石墨烯通道时,其周围的库仑场会拖拽石墨烯通道表面的自由载流子使它们沿着液体流动的方向运动,如此便产生了流动诱导电压。考虑到阴阳离子对石墨烯通道表面自由载流子的协同作用以及库仑作用的特征,本文提出了可以准确有效计算咪唑类离子液体和石墨烯通道系统产生的流动诱导电压的先进公式。用该公式计算发现室温下当体积为5×5×5 nm3的咪唑类离子液体在0.15 nm?ps-2的加速度驱动下通过尺寸为5 nm的石墨烯通道时,能够产生大约2.1μV的流动诱导电压。该流动诱导电压随着阴阳离子平均流动速度的增大而增大至饱和,产生该饱和现象的主要原因是咪唑类离子液体所受到的外部驱动力和内部粘滞阻力之间的平衡。此外,研究还表明当温度从300 K升高至375 K时,流动诱导电压的最大值从2.1μV增长11.9%至2.35μV;当通道尺寸从1 nm增加到5 nm时,流动诱导电压的最大值从1.9μV增长10.5%至2.1μV;当单层石墨烯面积从1 nm2增加到25 nm2时,流动诱导电压的最大值从2.3μV下降8.7%至2.1μV。最后,本文建立了咪唑类离子液体受限于单壁碳纳米管的能量收集系统模型,在室温下进行了能量收集研究。研究发现体相咪唑类离子液体受限于单壁碳纳米管中时咪唑类离子液体会在固—液界面处形成很强的吸附层,也称第一溶壳层,并且随着单壁碳纳米管直径的增大,固—液界面处还会出现第二溶壳层。当咪唑类离子液体在外部加速度的驱动下沿着单壁碳纳米管的轴向运动时,咪唑类离子液体周围存在的库仑场拖拽着单壁碳纳米管内表面的自由载流子沿着其运动的方向运动,从而产生了流动诱导电压。考虑到阴阳离子拖拽单壁碳纳米管表面自由载流子的行为以及库仑作用的特征,本文提出了可以准确计算咪唑类离子液体受限于单壁碳纳米管产生的流动诱导电压的先进公式。用该公式计算发现室温下当咪唑类离子液体在0.15 nm?ps-2的加速度驱动下流过直径为3.390 nm的单壁碳纳米管时能够产生大约2.22μV的流动诱导电压。该流动诱导电压随着阴阳离子平均流动速度的增加而趋于饱和,这种饱和现象可归功于外部驱动力、内部粘滞阻力以及摩擦阻力三者之间的平衡。此外,研究还表明当单壁碳纳米管的直径从1.220 nm增加到4.068 nm时,流动诱导电压的最大值从1.91μV增长22.5%至2.34μV;当温度从300 K升高至375 K时,流动诱导电压的最大值从2.22μV增长15.8%到2.57μV;当阴离子体积增大时（[Cl]-<[BF4]-<[PF6]-）,流动诱导电压的最大值依次为2.71μV、2.57μV和2.28μV。综上所述,本文对咪唑类离子液体受限于纳米尺度硅基底动态润湿行为的研究可以为基于咪唑类离子液体的纳米润湿系统的应用提供坚实的理论基础;对咪唑类离子液体受限于纳米石墨烯通道和单壁碳纳米管能量收集的研究不仅揭示了纳米尺度下基于咪唑类离子液体和低维碳材料的流动能量收集系统中流动诱导电压的产生机理,而且为其在各个领域的应用提供了理论保障。