The scientific interest in room-temperature ionic liquids (RTILs) became extraordinarily high over the last two decades. While in the earlier days most of the studies focused on the synthesis and chemical properties, recently the interest in there physical, dynamical and structural properties is increasing. This thesis is aiming at the dynamical properties using dielectric relaxation spectroscopy.
The first part of the thesis presents the development of new experimental routes and mathematical routines to record the dielectric spectra of liquids at microwave to far-infrared frequencies.
It is followed by the discussion of the dielectric spectra of the neat, mainly imidazolium-based RTILs. Beside the extraction of the static dielectric constants, detailed information on the dynamics is obtained, including activation parameters. At room-temperature, the spectra are extended to terahertz and far-infrared frequencies, to cover the whole frequencies range relevant for intermolecular dynamics. Additional insight is gained by comparing these broadband spectra to molecular-dynamics simulations as well as to optical Kerr effect spectra.
Finally, binary mixtures of RTILs with polar solvents are investigated. The studies on mixtures with dichloromethane are indicating an expanded RTIL-like range, where the dielectric characteristics remain similar to the neat RTIL. Only at high dilutions, the mixtures behave rather like a conventional electrolyte solution with pronounced formation of contact ion-pairs. On the other hand the mixtures with water indicate a more complex, heterogeneous structure.

Innerhalb der letzten zwei Jahrzehnte stieg das wissenschaftliche Interesse an bei Raumtemperatur flüssigen Salzen (room-temperature ionic liquids, RTILs) enorm an. Während sich zu Beginn die meisten Arbeiten mit der Synthese und den chemischen Eigenschaften dieser Verbindungen beschäftigten, rücken derzeit die physikalischen Eigenschaften, die Dynamik und die Struktur in den Mittelpunkt aktueller Studien. Diese Arbeit untersucht primär die Dynamik dieser neuen Substanzklasse mit Hilfe der dielektrischen Relaxationsspektroskopie.
Der erste Teil beschäftigt sich mit der Entwicklung von neuen experimentellen Wegen und mathematischen Methoden zur Messung von dielektrischen Spektren, speziell im Mikrowellen- und Ferninfrarotbereich.
Diese Methoden werden dann auf reine ionische Flüssigkeiten angewandt, welche hauptsächlich auf substituierten Imidazolium Ionen basieren. Neben der Bestimmung der statischen Dielektrizitätszahlen werden die Aktivierungsparameter der dynamischen Prozesse untersucht. Bei Raumtemperatur wird der spektrale Bereich mit Terahertz und Ferninfarot Daten ergänzt, um den ganzen, für die intermolekulare Dynamik relevanten, Frequenzbereich abzudecken. Der Vergleich dieser Spektren mit Molekulardynamik Simulationen und optischen Kerr Effekt Spektren liefert weitere Erkenntnisse zu den dynamischen Eigenschaften.
Im letzten Teil der Arbeit werden binäre Mischungen mit polaren Lösungsmitteln untersucht. Speziell die Mischungen mit Dichlormethan zeigen einen erweiterten RTIL-ähnlichen Mischungsbereich in dem die Dynamik der der reinen RTILs gleicht. Nur bei sehr niedrigen RTIL-Konzentrationen verhalten sich die Mischungen wie klassische Elektrolytlösungen und zeigen eine ausgeprägte Bildung von Kontaktionenpaaren. Im Gegensatz dazu sind die Mischungen von RTILs mit Wasser geprägt von einer komplexen Dynamik und einer heterogenen Struktur.