Elektrospray av joniska vätskor (RTIL) vid rumstemperatur, som är lösningsmedelsfria elektrolyter med lättanpassade joner, framstår som ett kraftfullt verktyg inom olika områden. Särskilt, elektrosprayer av RTILs som arbetar i ren-jon-läget har väckt stor uppmärksamhet nyligen. Dock, trots intensiv teknisk utveckling, dessa elektrosprayer har ännu inte uppnått den robusthet och effektivitet som deras tillämpningar kräver. Mekanismerna bakom dessa elektrosprayer är fortfarande dåligt förstådda.

Dr Jiang Xikai från Institute of Mechanics of the Chinese Academy of Sciences (CAS) och hans medarbetare studerade elektrospray av RTIL. Genom att använda MD-simuleringar, de undersökte elektriskt fältdriven jonemission från den fria ytan av en plan RTIL-film. De beräknade jonemissionshastigheten som en funktion av det elektriska fältet som är normalt för RTIL/vakuumytan och fann att deras förhållande överensstämmer med förutsägelser från klassiska jonförångningsteorier.

"Detta är första gången som den klassiska skalningslagen i jonavdunstningsteorier återvinns i simuleringar, " sa Dr Jiang, motsvarande författare till denna studie.

Sammansättningen av emitterade joner inkluderar monomerer och dimerer. Det visade sig att monomeren måste röra sig över två barriärer före emission:en ovanför RTIL/vakuumytan, vilket stämmer överens med klassiska jonavdunstningsteorier; en under ytan på grund av den unika strukturen hos RTIL/vakuumytan som avslöjas av simuleringar. Fraktionen av dimerer visade sig bero på det yttre fältet och jon-jon-interaktioner.

För att förstå hur olika arter bildas, forskarna utförde vidare simuleringar av replikutbyte av molekylär dynamik och identifierade fyra metastabila tillstånd av den emitterande jonen nära vätskefilmen. Dessa metastabila tillstånd påverkar starkt sammansättningen av jonemission.

Grundläggande insikter som avslöjas i denna studie utgör grunden för att förbättra jonförångningsteorier och vägleda rationellt urval av RTIL för att uppnå önskade jonemissionsegenskaper.