室温离子液体自由表面电场驱动的离子发射

　　在外部电场作用下，各种粒子物质可以从导电液体中发射出来。这种现象被称为电喷雾，它可应用于质谱或离子推进剂。电喷雾的操作分为三种模式：纯离子模式、纯液滴模式和混合液滴离子模式。过去的研究主要集中在液滴模式，因为它们已经在质谱等技术中广泛应用，但却很少有研究关注纯离子模式下的电喷雾，因为这种操作在挥发性非金属液体中很难实现。

　　离子液体型离子源(ILIS)的引入改变了这种情况。相关实验证明ILIS能在纯离子模式下工作，能够产生高的电荷质量比和多离子种类的离子束，使其在太空推进和纳米制造等领域具有广阔的应用前景。离子液体(ILs)具有较低的蒸汽压，它们的性能可以通过多种阴阳离子的组合来调整，这使得它们在电喷雾应用方面具有更大优势。

　　尽管ILIS的研究取得了重大进展，但纯RTILs的离子电喷雾的关键问题仍有待解决。在现有的离子蒸发理论中，离子之间的区别仅在于它们的整体溶剂化能。然而，RTIL/真空表面通常具有3 Å的粗糙度，且离子体积庞大。因此，在这些条件下，离子蒸发理论的预测能力是有限的。

　　在本研究中，中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室的蒋玺恺等人采用分子动力学模拟(MD)方法研究了RTILs薄膜自由表面的电场驱动离子发射情况。

　　MD仿真系统原理图如图1所示，作者计算了离子发射速率(je)与RTIL/真空表面电场(En)的函数关系，发现je对表面电荷密度的对数(σ)与En1/2成正比（图2），这与经典离子蒸发理论一致。所述的离子的组成包括单体和二聚体，单体在排放前必须穿过两个势垒，而二聚体的比例取决于外场和离子之间的相互作用。

　　文章进一步以分子动力学模拟，确定了在液膜附近发射离子的不同亚稳态。结果表明，En和离子/表面的分子细节决定了RTIL/真空表面的离子发射速率和组成。

　　综上所述，作者利用MD模拟研究了平面RTILs薄膜自由表面的离子发射。在较弱的外电场中，强的离子间相互作用可以导致二聚体的比例更高，在强磁场下，二聚体的比例降低，因为它更容易破坏阴阳离子对。通过REMD模拟来识别RTIL/真空表面附近发射离子的亚稳态。结果表明，离子表面的分子细节决定了发射离子与附近离子的结合，这也表征了其亚稳定状态。这些状态强烈地影响着离子发射的组成。本研究揭示的基本见解是改善离子蒸发理论和电喷雾应用性能的基础。