室溫離子液體自由表面電場驅動的離子發射

　　在外部電場作用下，各種粒子物質可以從導電液體中發射出來。這種現象被稱為電噴霧，它可應用于質譜或離子推進劑。電噴霧的操作分為三種模式：純離子模式、純液滴模式和混合液滴離子模式。過去的研究主要集中在液滴模式，因為它們已經在質譜等技術中廣泛應用，但卻很少有研究關注純離子模式下的電噴霧，因為這種操作在揮發性非金屬液體中很難實現。

　　離子液體型離子源(ILIS)的引入改變了這種情況。相關實驗證明ILIS能在純離子模式下工作，能夠產生高的電荷質量比和多離子種類的離子束，使其在太空推進和納米制造等領域具有廣闊的應用前景。離子液體(ILs)具有較低的蒸汽壓，它們的性能可以通過多種陰陽離子的組合來調整，這使得它們在電噴霧應用方面具有更大優勢。

　　盡管ILIS的研究取得了重大進展，但純RTILs的離子電噴霧的關鍵問題仍有待解決。在現有的離子蒸發理論中，離子之間的區別僅在于它們的整體溶劑化能。然而，RTIL/真空表面通常具有3 ?的粗糙度，且離子體積龐大。因此，在這些條件下，離子蒸發理論的預測能力是有限的。

　　在本研究中，中國科學院力學研究所非線性力學國家重點實驗室的蔣璽愷等人采用分子動力學模擬(MD)方法研究了RTILs薄膜自由表面的電場驅動離子發射情況。

　　MD仿真系統原理圖如圖1所示，作者計算了離子發射速率(je)與RTIL/真空表面電場(En)的函數關系，發現je對表面電荷密度的對數(σ)與En1/2成正比（圖2），這與經典離子蒸發理論一致。所述的離子的組成包括單體和二聚體，單體在排放前必須穿過兩個勢壘，而二聚體的比例取決于外場和離子之間的相互作用。

　　文章進一步以分子動力學模擬，確定了在液膜附近發射離子的不同亞穩態。結果表明，En和離子/表面的分子細節決定了RTIL/真空表面的離子發射速率和組成。

　　綜上所述，作者利用MD模擬研究了平面RTILs薄膜自由表面的離子發射。在較弱的外電場中，強的離子間相互作用可以導致二聚體的比例更高，在強磁場下，二聚體的比例降低，因為它更容易破壞陰陽離子對。通過REMD模擬來識別RTIL/真空表面附近發射離子的亞穩態。結果表明，離子表面的分子細節決定了發射離子與附近離子的結合，這也表征了其亞穩定狀態。這些狀態強烈地影響著離子發射的組成。本研究揭示的基本見解是改善離子蒸發理論和電噴霧應用性能的基礎。