Forskning forbedrer ionfordampningsteorier og ydeevne af elektrosprayapplikationer

Elektrospray af ioniske væsker ved stuetemperatur (RTIL'er), som er opløsningsmiddelfrie elektrolytter med let skræddersyede ioner, fremstår som et stærkt værktøj på forskellige områder. I særdeleshed, elektrospray af RTIL'er, der fungerer i ren-ion-tilstand, har tiltrukket sig betydelig opmærksomhed for nylig. Imidlertid, trods intensiv teknologisk udvikling, disse elektrosprays har endnu ikke opnået den robusthed og effektivitet, som deres applikationer kræver. Mekanismerne bag disse elektrosprays er stadig dårligt forståede.

Dr. Jiang Xikai fra Institut for Mekanik ved Det Kinesiske Videnskabsakademi (CAS) og hans samarbejdspartnere studerede elektrospray af RTIL'er. Ved at bruge MD-simuleringer, de undersøgte elektrisk feltdrevet ionemission fra den frie overflade af en plan RTIL-film. De beregnede ion-emissionshastigheden som en funktion af det elektriske felt, der er normalt på RTIL/vakuumoverfladen og fandt ud af, at deres forhold stemmer overens med forudsigelser fra klassiske ionfordampningsteorier.

"Dette er allerførste gang, at den klassiske skaleringslov i ionfordampningsteorier genfindes i simuleringer, " sagde Dr. Jiang, tilsvarende forfatter til denne undersøgelse.

Sammensætningen af ​​udsendte ioner omfatter monomerer og dimerer. Det blev fundet, at monomeren skal bevæge sig over to barrierer før emission:en over RTIL/vakuumoverfladen, hvilket stemmer overens med klassiske ionfordampningsteorier; en under overfladen på grund af den unikke struktur af RTIL/vakuumoverfladen som afsløret ved simuleringer. Fraktionen af ​​dimerer viste sig at afhænge af det eksterne felt og ion-ion-interaktioner.

For at forstå, hvordan forskellige arter dannes, forskerne udførte yderligere simuleringer af replika-udveksling af molekylær dynamik og identificerede fire metastabile tilstande af den emitterende ion nær væskefilmen. Disse metastabile tilstande påvirker i høj grad sammensætningen af ​​ion-emission.

Fundamental indsigt afsløret i denne undersøgelse danner grundlaget for at forbedre ionfordampningsteorier og vejlede rationel udvælgelse af RTIL'er for at opnå ønskede ionemissionskarakteristika.