近日，中國科學(xué)院力學(xué)研究所微納米流體力學(xué)團(tuán)隊(duì)利用分子模擬，探討了離子液體-真空界面電場誘導(dǎo)離子噴射現(xiàn)象。該工作為選擇合適的離子噴射分子模擬策略提供了指導(dǎo)，并為后續(xù)研究更復(fù)雜的電噴射現(xiàn)象奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)研究成果發(fā)表在《流體物理》（Physics of Fluids）上，并入選編輯精選。

離子液體電噴射對(duì)納米制造、空間推進(jìn)、質(zhì)譜分析等應(yīng)用頗為重要。為掌握離子噴射規(guī)律，有學(xué)者研究了電場誘導(dǎo)的離子液體-真空界面離子噴射現(xiàn)象。盡管在離子噴射理論和實(shí)驗(yàn)方面取得了進(jìn)展，學(xué)界對(duì)納米尺度離子噴射的模擬研究相對(duì)較少，如何更真實(shí)地進(jìn)行離子噴射分子模擬有待探索。

該團(tuán)隊(duì)計(jì)算了離子噴射電流密度隨液面電場的變化規(guī)律，比較了Langevin控溫器、耗散粒子動(dòng)力學(xué)（dissipative particle dynamics，DPD）控溫器和Berendsen控溫器對(duì)模擬結(jié)果的影響，發(fā)現(xiàn)了DPD控溫器更適合模擬離子噴射現(xiàn)象。與Langevin和Berendsen控溫器相比，DPD控溫器并不改變真空中離子的運(yùn)動(dòng)速度，不對(duì)真空中的離子施加摩擦阻力和隨機(jī)力，因而更貼合實(shí)際應(yīng)用的情況。

進(jìn)一步，研究對(duì)比了恒電勢(shì)、恒電荷與恒電場三種施加液面電場的方法，發(fā)現(xiàn)了這三種方法得到的電流密度-液面電場曲線基本一致。以往的離子噴射分子模擬使用恒電勢(shì)方法，而國際上只有少數(shù)特定的分子模擬軟件可實(shí)現(xiàn)恒電勢(shì)模擬。相比而言，恒電荷與恒電場方法在常用的開源分子模擬軟件中可直接使用。研究表明，對(duì)于平行電極-平面液膜系統(tǒng)，恒電荷/恒電場方法能夠較好地模擬離子噴射現(xiàn)象。

該團(tuán)隊(duì)進(jìn)而分析了真空中的電場隨時(shí)間的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了由于真空中離子與液相離子液體之間的靜電相互作用，真空中的離子會(huì)改變液面電場強(qiáng)度。離子噴射電流密度越大，液面電場波動(dòng)頻率越高。基于經(jīng)典靜電學(xué)理論，如果施加（不施加）周期性邊界條件，噴出離子與離子液體之間的誘導(dǎo)電場與真空中離子的位置無關(guān)（有關(guān)），因此在電噴射分子模擬中需要考慮周期性邊界條件對(duì)液面電場和離子噴射的影響。

該成果為液體-真空界面離子噴射的分子模擬研究提供了支撐，并為后續(xù)探索納米尺度更復(fù)雜的電噴射現(xiàn)象奠定了基礎(chǔ)。研究工作得到中國力學(xué)學(xué)會(huì)青年人才蓄水池項(xiàng)目的支持。

（a）陽離子噴射的模擬系統(tǒng)截圖；（b）陰離子噴射的模擬系統(tǒng)截圖

離子液體-真空界面電場誘導(dǎo)離子噴射的模擬系統(tǒng)示意圖