力學所在離子液體自由表面電噴射研究中取得進展

發布時間：2021-01-15 14:13 原文鏈接：力學所在離子液體自由表面電噴射研究中取得進展

　　離子液體是室溫下呈液態的無溶劑電解液，離子液體的電霧化（electrospray ionization）在空間推進、納米制造和質譜分析等領域具有重要應用。離子液體的純離子態（pure-ion mode）電霧化是一種新興技術，近年來在國際上引發廣泛關注，其離子束具有高荷質比、高亮度和多樣可控的離子種類，有望解決應用中長期面臨的挑戰。目前，離子液體的純離子態電霧化技術尚未達到應用所需的高穩定性和高效，學界尚不清楚其中的機理。

　　中國科學院力學研究所非線性力學國家重點實驗室微納流體力學課題組副研究員蔣璽愷及合作者對離子液體電霧化進行了研究。研究人員使用分子動力學模擬，研究了電場作用下，離子液體自由表面上的離子噴射特征與機理，探討了噴射電流和噴出物質的成分隨電場的變化，發現分子模擬結果與經典離子噴射理論結果一致，這是國際上首次使用分子模擬來驗證經典離子噴射理論。

　　模擬中噴出的物質包括離子單體和二聚體，其占比與文獻中實驗結果一致。對于離子單體，在其噴出之前，除了需要跨越經典理論考慮的液面上方能壘之外，模擬發現，它還需要跨越液面下方的一個能壘，該能壘源于離子液體獨特的液面結構。對于二聚體，電場和離子間相互作用力對其占比具有重要影響。為了解釋不同成分的形成原因，研究人員進一步使用副本交換分子動力學（replica exchange molecular dynamics）模擬，發現液面附近離子存在四種不同的亞穩態，這些亞穩態決定了噴出物質的成分。

　　該研究加深了學界對于離子液體電霧化的理解，為選擇滿足電霧化特定需求的離子液體提供了理論指導。相關研究成果發表在J. Phys. Chem. Lett.上，研究工作得到中科院前沿科學重點研究項目、戰略性先導科技專項（B類）的支持。