هدف اصلی این رساله بررسی پدیده‌‌های سطح مشترک الکترود/ مایع یونی و ظرفیت خازن‌‌های لایه دوگانه‌‌ی الکتریکی مبتنی بر الکترولیت مایع یونی است. در این راستا از نظریه‌‌ی تابعی چگالی کلاسیکی برای به دست آوردن توزیع دانسیته‌‌ی مایع یونی درون نانوحفره‌‌ی کروی بهره گرفته شده است. در این رساله مایع یونی به صورت مخلوطی از کرات سخت باردار مونومری (آنیون‌‌ها) و کاتیون-های غیرکروی به صورت زنجیری متشکل از چندین کره‌‌ی سخت با اتصالات مماسی مدل¬سازی شده است. اولین کره‌‌ی سخت موجود در زنجیر بار مثبت داشته و بقیه به صورت کرات خنثی هستند. معادلات مربوط به زنجیر کاتیونی درون نانو حفره¬ی کروی برای اولین بار در این رساله اثبات و برنامه¬ی مربوط به آن در متلب کدنویسی شد. در بخش اول بررسی‌‌ها، دو مایع یونی مبتنی بر ایمیدازولیوم با آنیون‌های یکسان اما کاتیون‌های متفاوت در برخی پدیده‌های سطحی مانند پوشش بیش از حد، تقویت بار سطحی، ازدحام و همچنین شکل منحنی ظرفیت درون حفره‌‌ی کروی الکترود متخلخل مقایسه شده‌اند. مدل درشت دانه برای بررسی ساختارهای متفاوت لایه‌‌دو‌‌گانه‌‌ی این دو مدل در پتانسیل الکترود منفی استفاده شده است. اگرچه هر دو مدل پدیده‌های پوشش بیش از حد و ازدحام را به ترتیب در پتانسیل‌های الکترود متوسط و بالا نشان می‌دهند، در پتانسیل‌های الکترود پایین نزدیک به پتانسیل بار صفر، مدل مونومر پوشش بیش از حد و مدل دایمر تقویت بار سطحی را نشان می‌دهند. این رفتار متفاوت به این دلیل است که آنیون‌ها به دلیل اندازه کوچکشان در ناحیهی فضایی قرار می‌‌گیرند که توسط جهت‌‌گیری کاتیون‌‌های دایمر در سطح الکترود ایجاد می‌شودکه منجر به چگالی بار موضعی و چگالی بار جزئیِ منفی در اولین لایه نزدیک الکترود می‌شود. نتایج بررسی¬ ما در مورد تاثیر اندازه¬ی نانوحفره بر پدیده¬های پوششی نشان می‌دهد که صرف نظر از اندازه¬ی حفره، رفتار پوششی مایعات یونی در حفره‌های مختلف مشابه است، اگرچه شدت آن با اندازه تغییر می-کند. همچنین مشخص شده است که شکل منحنی ظرفیت تحت تاثیر غلظت بار یونی درون حفره قرار دارد و متاثر از هندسه¬ی کاتیون نیست. در بخش بعدی پدیده‌‌ی تقویت بار سطحی، در سطح مشترک مایع یونی/ حفره بررسی شده است. نتایج نشان می‌دهند که هر چقدر طول زنجیر آلکیل در کاتیون مایعات یونی بلندتر باشد و یا حفرات کروی کوچک¬تر باشند گزینش‌‌‌پذیری در پتانسیل‌های کمتر رخ می¬دهد. نکته‌‌ی قابل توجه این است که در پتانسیل‌‌های سطح پایین و منفی برای مایعات یونی نامتقارن، الکتروجذب آنیون‌‌ها به عنوان یون¬های همنام در برخی مناطق فضایی رخ می‌‌دهد که با جهت‌‌گیری تصادفی کاتیون‌‌ها در لایه‌‌ی اول در مجاورت سطح حفره ممکن می‌‌شوند. این شواهدی از پدیده‌‌ی تقویت بار سطحی برای مایعات یونی نامتقارن در سطح مشترک مایع یونی/ حفره است. مقایسه نتایج، به ویژه قدرت پوششی نرمال شده در لایه‌‌ی اول نشان می‌دهد که حفره‌های کوچک‌تر حاوی مایع یونی با کاتیون¬های با زنجیر‌های آلکیل بلندتر، بار سطحی الکترود را بیشتر تقویت می‌‌‌کنند. در بخش بعدی رساله مشخص شد که افزایش طول زنجیر آلکیل در کاتیون مایع یونی سبب کاهش مقدار ظرفیت در پتانسیل¬های آندی کم و پتانسیل¬های کاتدی می¬شود. در پتانسیل¬های متوسط و بالا، ظرفیت با افزایش اندازه¬ی حفره افزایش می¬یابد اما در پتانسیل¬های به اندازه¬ی کافی کم، ظرفیت با اندازه¬ی حفره رفتار نوسانی نشان می¬دهد. این رفتار نوسانی با برهم¬نهی لایه¬های دوگانه¬ی الکتریکی درون حفره، و از طریق تداخل سازنده و مخرب قابل توضیح است. در بخش پایانی، غلظتی که در آن انتقال شکل کوهانی به زنگوله‌‌ای در منحنی ظرفیت خازن‌های لایه دوگانه الکتریکی برای یک الکترولیت آبی رخ می‌دهد، از طریق یک قاعده‌‌ی جدید پیش‌بینی می‌شود که بیان می‌‌کند منحنی‌‌های مختلف ظرفیت انتگرالی، مربوط به چگالی‌‌های بار سطحی مختلف، بر حسب غلظت در یک غلظت مشخص همدیگر را قطع می‌‌کنند. جالب توجه است که غلظت در نقطه‌‌ی تقاطع مطابق با غلظت انتقال شکل کوهانی به زنگوله‌‌ای است. نتایج نشان می‌دهد که نقطه تقاطع برای دیوارهای محدب در غلظت‌های بزرگ‌تر از آنچه برای دیوارهای مقعر مشاهده می‌شود، رخ می‌دهد.

کلمات کلیدی: خازن لایه دوگانه‌‌ی الکتریکی؛ پدیده‌‌های سطح مشترک الکترود/ الکترولیت؛ ظرفیت انتگرالی ویژه؛ الکتروجذب یونی؛ انتقال شکل کوهانی به زنگوله‌‌ای؛ تقویت بار سطحی؛ پوشش بیش از حد؛ ازدحام