离子液体静电喷雾推力器研究进展及关键技术

基于 AFM／STM 技术的离子液体表／界面性质及结构研究之进展方金云【摘要】AFM／STM技术对于离子液体表／界面性质与结构的研究非常重要。

目前，使用 AFM／STM技术直接观察离子液体薄膜、离子液体混合物、负载离子液体的结构及性质以及原位观察反应过程离子液体结构及性质变化等研究不断涌现，尤其在原位观察离子液体表／界面性质与结构变化方面，AFM／STM技术得到了很好的应用。

未来应主要加强离子液体不同阴阳离子结构、性质对离子液体与气体、离子液体与固体界面影响的研究，进而形成系统化的理论，为离子液体吸收气体及催化反应的应用提供理论支持，并进一步构建模型，指导离子液体的设计。

%AFM/STMtechniques are very important in the surface /interfacial properties and structures of ILs. At present,the research of usingAFM/STMtechniques to directly observe the structures and properties of ILs membrane,ILs mixtures,load Ils,and the structures and properties of Ilsin the reaction process by in situ ob-servation was made.Especially in the changes of surface /interfacial properties and structures of ILs by in situ observation,AFM/STMtechniques got very good application.In the future,the research on ILs with different anion and cation structures,the effects of properties for ILs and gases,ILs and solid interface should be mainly strengthened,and then a system of chemical theory is to be formed which provides theory support for the appli-cation of ILs absorbing gasand catalytic reaction,and further the model is to be built to guide the design of ILs.【期刊名称】《郑州轻工业学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】14页(P75-88)【关键词】AFM;STM;离子液体;表/界面性质;表/界面结构【作者】方金云【作者单位】中国科学院理化技术研究所，北京 100190【正文语种】中文【中图分类】O647.11引用格式：方金云.基于AFM/STM技术的离子液体表/界面性质及结构研究之进展[J].轻工学报，2016，31(1)：75-88.AFM；STM；ionic liquid;surface/interfacial property;surface/interfacial structure近年来，具有低熔点的室温离子液体(ILs)引起了业界广泛的关注.与其他固体或液体材料相比，离子液体的液态性质和离子存在形式使其展现出独特的理化性质及特有的功能，是一类很有前途的新型介质或“软”功能材料[1].不同结构阴、阳离子的结合导致ILs物化性质复杂多变，为此，研究人员针对ILs的物化性质(黏度、密度、热容、极性等)、协同效应等方面展开了深入的研究[2-3].基于ILs这些特有的性质，ILs在有机催化、绿色化学、化工分离、色谱分析和电化学等领域的应用也愈加广泛[4-8].随着对ILs研究的不断深入及离子液体应用的日益广泛，ILs表面或与它相(液、固)界面的性质，如表面张力、润湿性和热、质传递特征等，被认为是介观尺度下界面区域上物质的吸附和传递、分散与混合过程的重要因素，对过程效率有显著影响.因此，ILs的表/界面性质与特征是ILs在多相复杂体系应用中的关键问题之一.离子液体在结构上具有带电荷、不对称、离子尺寸较大、多官能团等特点，这也是其表/界面性质与结构有不同于常规溶剂液体或液体体系特性和规律的原因.当前纳米科学技术正在飞速发展，为了满足对纳米材料在纳米尺度下进行观测、研究的特殊需求，分析仪器的精度越来越高.原子力显微镜(AFM)可以对各种材料和样品进行纳米区域物理性质及形貌的探测，对微观结构的表征具有高分辨率和非破坏性的特点.扫描隧道显微镜(STM)具有比AFM更高的分辨率，可以观察和定位单个原子，并且可以用于晶体结构分析，尤其适合对一些物理、化学现象进行原位观察.借助AFM/STM技术对离子液体进行研究，可以从微、介观尺度对离子液体的表/界面结构进行表征，为离子液体表/界面性质的理论研究提供直观的科学依据.目前，有关离子液体表/界面性质和结构的研究已较多，基于X射线光电子能谱(XPS)方面的综述性文章已见诸文献[9]，但基于AFM/STM等直观分析技术的综述性文章尚未见报道.鉴于此，本文以国内外近期相关研究工作为基础，对基于AFM/STM技术直接观察离子液体表/界面性质及结构的研究进展进行综述，并指出其未来的发展方向.离子液体的典型应用是作为反应、萃取溶剂和作为燃料电池的电解质.随着研究的不断深入和应用的不断扩展，离子液体凭借非挥发性或超低蒸气压、一般不可燃、化学和热力学稳定性高、熔点低、液相范围宽、与有机聚合物可控的相容性，以及制备过程简单、种类多、选择与可设计性强等诸多优点，已成为润滑剂界“新宠”，尤其是在真空、高温环境下表现出来的优良的稳定性，更能满足高效润滑剂的需求，正逐渐成为新一代润滑剂或润滑剂添加剂.润滑材料的性能由润滑材料的成分、分子结构及其与摩擦表面的相互作用来决定，因此使用ILs作为润滑剂或添加剂就必须对ILs的结构和机械性能进行深入研究，依据摩擦化学的原理合理设计离子液体型润滑材料，这涉及薄膜的表面形貌、薄膜厚度、纳米摩擦性能(粘滞力等)、润湿性等.C.F.YE等[10]率先发现离子液体具有优良的抗磨和减摩性能，其润滑性能远超传统润滑剂，并提出将离子液体用作性能优异的润滑剂.由于传统有机润滑剂的通用性并不理想，而ILs作为润滑剂可通用于钢/钢、钢/铝、钢/铜、钢/单晶硅、钢/二氧化硅、钢/陶瓷、陶瓷/二氧化硅及陶瓷/陶瓷等不同接触面，且均表现出优良的摩擦学性能，因此对ILs作为润滑剂的研究已全面展开[11].在对润滑材料进行评估时，通常采用球盘式或针盘式摩擦磨损试验机，得到宏观的试验数据.然而微/纳米级的粘附和摩擦性能与宏观上所体现出的粘附和摩擦性能相差甚远，微/纳米级摩擦学性能的优化对于将ILs拓展到微/纳机电系统(MEMS/NEMS)等高端应用非常重要.AFM正是通过检测待测样品表面和一个微型力敏感元件之间极微弱的原子间相互作用力来研究物质表面结构及性质的，可满足测量微/纳米尺度上物质之间的粘附力和摩擦力.B.BHUSHAN等[11-12]首次用AFM成功地在微/纳米尺度上对Si(100)表面BMIM-OctSO4和BMIM-PF6离子液体的粘附性能(直接测量)、摩擦和磨损性能(通过表面电势和扩散电阻的测量进行评估)进行研究，分析了ILs为何具有优异的润滑性能.他们基于AFM技术在不同测量模式下分别获得ILs膜厚、膜表面电势和扩散电阻，进而对薄膜润滑机理进行研究.其测试原理示意图见图1.图中a)为MultiMode系列AFM工作原理，左图是轻敲模式，用于测试表面高度，右图是抬起模式，用于测试表面电势;图b)为Dimension系列AFM工作原理,使用接触模式可用于测试表面高度，电阻通过施加的DC偏压测量.另一方面，他们根据AFM测得薄膜的表面高度、粘附力、摩擦力等数据，将这两种离子液体与全氟聚醚Z-TETRAOL润滑剂的性能进行对比，指出：BMIM-OctSO4和BMIM-PF6离子液体内部的静电键促进了ILs在硅基底上的附着，成膜均一，润滑性好，比传统润滑剂的性能更优异，可直接或作为添加剂用于润滑剂.然而，离子液体的润滑性能与其本身结构密切相关.文献[13-14]借助AFM技术，分别研究了ILs中不同阴、阳离子对ILs超薄薄膜的形貌、粘附力(见图2)及微/纳摩擦性质的影响.他们通过AFM的接触模式表征镀在硅基底上ILs薄膜的纳米摩擦行为，通过监测悬臂的横向扭转，测得输出电压，可直接用作相对摩擦力计算的依据.他们研究发现，以BF4-为阴离子，阳离子分别为1-丁基-3-甲基咪唑(L-B104)、己基三正丁基膦(I-P)、N-丁基吡啶(I-N)的ILs润滑剂性能研究中，阳离子为L-B104的耐磨性最好.他们认为，纳米尺度上的摩擦力取决于润滑剂的弹性和表面自由能，而在微米尺度上，ILs润滑剂的刚性环状结构和柔性链结构均起重要作用.在用同样方法研究阴离子对ILs润滑剂摩擦性能影响时发现，以L-B104为共同阳离子，分别以PF6-，BF4-,ClO4-，NO3-为阴离子的几种ILs,都能均一、平整地覆盖在硅片上(见图3)，其中以[Bmim]PF6的耐磨性最好，说明ILs润滑剂的减阻、抗粘滞、耐磨损性能与离子液体的阴离子结构密切相关，在纳米尺度上ILs的摩擦性能与其表面自由能密切相关，而在减阻和耐用性上则主要取决于其阴离子[14]. 离子液体的润滑性能与薄膜层状结构及表面组成也密切相关.A.ELBOURNE等[15]用AFM测得二氧化硅-PAN(Propyl-ammonium nitrate)-云母间的法向力曲线，数据分析表明ILs在二氧化硅表面和近表面吸附的离子层结构决定着PAN的纳米摩擦性能，剪切力测试曲线表明界面润滑性随着离子层数和横向结构的改变而改变. 离子液体薄膜的润滑性还受温度的影响.利用AFM技术对硅片表面ILs薄膜形貌的表征(见图4,其中a)和b)为IL-OH膜；c)和d)为60 ℃下的IL-OH膜；e)和f)为120 ℃下的IL-OH膜；g)和h)为丙酮冲洗过表面的120 ℃下的IL-OH膜)和粘附力的测量(见图5)结果表明：1,3-二羟乙基-咪唑六氟磷酸盐在羟基化硅片表面的摩擦力随温度升高而上升，但始终低于没有ILs的空白硅片表面的摩擦力，说明温度明显影响ILs的摩擦性能[16-17].AFM在双层超薄ILs薄膜的润滑性能研究中也有应用，双层离子液体膜通过化学键键合能改善润滑性能，通过丰富的氢键能提高持久耐用性[18].亲/疏水性也是离子液体薄膜的一个重要性质参数.杨武和张洁等[19-20]将1-烯丙基-3-甲基咪唑氯化物([AMIM]Cl)，1-烯丙基-3-丁基咪唑氯化物([ABIM]Cl)及烯丙基三苯基膦氯化物(ATPP-Cl)3种离子液体作为单体在硅片表面制得对应聚合物薄膜.AFM测试表明：聚合离子液体表面致密、形貌规整有序，依次为圆形凸体、圆球状包块和细小锥状突出物，突起的形貌说明聚合离子液体成功地接枝到了基底表面，聚合物接枝密度较高且分布较为均匀，具有合适的粗糙度(见图6).基体表面接枝上聚合薄膜后，静态水在3种离子液体薄膜上的接触角分别为53°，73°和52.8°，表现为亲水表面.当用NH4PF6分别将3种离子液体中的Cl-置换为PF6-时，水接触角依次升至106.4°，107.9°和100.2°，均从亲水表面转换到疏水表面. 关于ILs在支撑体表面形成薄膜的机理研究，借助于AFM原位观察技术也得以开展.F.H.RIETZLER等[21]使用电喷雾离子化沉积法(ESID)首次在云母支撑的Au(111)晶膜表面分别制得[C8C1Im][Tf2N]和[C8C1Im]Cl的离子液体超薄膜，避免了PVD法过程中ILs产生热分解，研究发现：[C8C1Im][Tf2N]薄膜是通过层层自组装方式形成的，而[C8C1Im]Cl形成岛状生长模式，推测可能是由于Cl-比Tf2N-有更强的协调强度，Cl-更易成核形成岛状结构.S.BOVIO等[22]的研究也表明，与[C8C1Im][Tf2N]具有相同阴离子的[Bmim][Tf2N]在Si(110)、云母及无定型二氧化硅表面形成的薄膜均是层状结构.此外，AFM测试结果还表明在薄膜垂直方向上出现有序的固体表面，且高度均一，与Ballone模拟计算获得的数值结果高度一致[22].离子液体薄膜的厚度直接影响薄膜的结构.X.GONG等[23]利用AFM跟踪表征不同厚度(0.39~1.01 nm)的DMPIIm/Si离子液体薄膜结构，当薄膜很薄(<0.62 nm)时，形成一种阴离子在顶部的层状光滑薄膜，随着厚度增至0.70~0.86 nm，发生反润湿现象，形成液滴状形貌，进一步增厚形成海绵状结构.造成这一变化的原因可能在于：随着厚度增加，离子液体阴阳离子间的凝聚力逐步代替基底的吸引力.这说明随着膜厚度增加，为了降低自身表面自由能而达到相对稳定的状态，薄膜倾向于形成液滴状或海绵状结构，而不再是层状结构.在离子液体实际使用过程中，通常会与有机溶剂、添加剂或水混合，或者使两种或两种以上彼此间具有协同作用的离子液体混合，用于化工萃取分离等.因而研究离子液体混合物的性质也非常重要，特别是混合物的密度、黏度、电导率、表面张力和界面现象、团聚等行为在化工应用中具有非常重要的意义.在离子液体的阴阳离子上引入官能团，即形成离子功能化的ILs.ILs功能团会影响ILs在水溶液中的理化性质.R.KAMBOJ等[24]分别将[C12AMim][Cl]，[C12AMorph][Cl]，[C12APip][Cl]及[C12APyrr][Cl]这4种离子液体阳离子烷基链进行氨基化，氨基化的离子液体疏水性降低，热稳定性也降低，水溶液临界胶束浓度可降低3~4倍，表现出良好的表面活性，通过AFM观测到了较多胶团的存在(见图7)，直观印证了动态光散射(DLS)的测试结果.ILs内部的聚集最终会影响其粗糙度，并直接决定接触角.G.H.TAKAOKA等[25-26]借助场发射的方法，使用[BMIM]PF6离子液体作为正、负离子束，得到了[BMIM]PF6离子液体在硅片表面的簇离子(见图8).簇离子相对分子量高达5 000左右，AFM测得离子液体表面粗糙度Ra随引出电压的升高而增大，引出电压为6 kV时Ra=0.53 nm，高于玻璃基底的0.4 nm.这可能是由于电压升高，得到的团簇离子增大，加强了表面的粗糙程度.基底上溅射得到的阴、阳簇离子膜的接触角分别为50°和40°，与离子液体溶剂的接触角基本相等.中性无机微粒通常表现出较弱的表面吸附和分子间相互作用，而在离子液体这种强离子环境下，中性无机微粒则会产生一些新的结构和现象.Y.C.FU等[27]为了充实这类研究，引入STM技术原位观察到在[BMIM]BF4氛围中，SbCl3(BiCl3)与Au电极表面间局部电荷转移，使分子-界面产生交互作用，为分子吸附提供了驱动力.通过STM对膜层表面施加不同电压，SbCl3(BiCl3)会在Au电极表面形成不同的超分子聚集形态(见图9—图11，其溶液均为 0.01 mol/L SbCl3的BMIBF4溶液). 离子液体与气体、溶剂等物质组成的多相体系为吸收、萃取、两相催化等技术的发展提供了新的平台.由于环境各向异性引发力的不平衡，直接导致离子液体近表面区域的化学组成及表面的分子排布与离子液体本体的较大不同，这使得在分子水平上研究离子液体表面/界面性质尤为重要，成为含离子液体多相体系的重要科学问题.科研工作者对离子液体在锂电池、超级电容器、电化学传感器等方面的应用进行了大量研究.在这些电化学体系的研究中均会涉及离子液体/金属的界面现象，如界面双电层的结构及性质等.G.B.PAN等[28]采用STM在真空条件下观察了当电极电势为-0.2 V(Pt为参比电极)时，[Bmim][PF6]/Au(111)界面上PF6阴离子吸附层发生的2D相结构转变，即由平整梯田结构逐渐变成了云条纹状图案(见图12).而且，随着电极电势变得更负，观测到的吸附层结构也会逐渐改变，在-0.45 V时出现√3×√3相(见图13)，有平整的梯田结构，但云条纹图案一直会共存在其中.这些吸附层结构的形成可能与PF6阴离子在水溶液和离子液体中溶解能力不同有关.R.ATKIN等[29]用AFM的Si3N4探针逐步接近ILs，接触到ILs时会有力地响应，由此发现穿过或刺破不同离子液体层面所需力的大小不同(见图14,其中,蓝色和红色分别表示AFM针尖逼近、远离离子液体[EMIm]TFSA和[BMP]TFSA中Au(111)表面).对于穿过离子液体[EMIm]TFSA在Au(111)表面附着层的层数增加所需力依次增大，从0.5 nN到1.3 nN再到最内层 5.5 nN 后，力响应值逐渐恒定，表明已到达Au晶面，当探针撤回时,力的响应值与之对应，并测到最外层(第4层)的存在.由内向外穿破力的减小表明当层面远离基底时，层面的有序性下降，直到接近ILs本体混乱程度.同时发现，延长阳离子链长会增加其憎溶作用，探针需要更大的力刺破对应的层面.此外，R.ATKIN等[29]还用STM原位观察了ILs/Au电极的界面形貌.在开路电势时，STM的形貌能与AFM的形貌对应.对于[BMP]TFSA离子液体，当STM的电势差增强时(-0.4~-1.0 V)金电极表面不像水溶液电化学体系那样呈现平整的阶梯结构，而是形成强烈的蠕虫状图案(见图15和图16).随着电势更负，蠕虫状结构逐渐消失，直到-2.2 V时，由于界面上金结构重组，出现梯田结构.而[EMIm]TFSA 离子液体则没有经历如此强烈的结构重组，始终没有出现蠕虫状结构.由AFM的结果可知，两种离子液体产生上述差异的原因在于其阳离子[BMP]+比[EMIm]+具有更强的相互作用力.除此之外，该研究组还使用相同的AFM/STM方法研究了离子液体[Py1,4]FAP与Au(111)界面的性质，观察到了类似的层状变化现象(见图17)[30].J.J.SEGURA等[31]采取AFM轻敲模式研究了吸附在云母表面质子型EAN(乙胺硝酸盐)(见图18，其中，a)为AFM针尖逼近沉浸在EAN离子液体中的云母表面的力曲线图；b)为图像d)中箭头部分的高度剖面图；c)为EAN最深层吸附在云母上的软接触AFM图像；d)为AFM针尖从最深层移动到接近表层时的软接触AFM 图像)和非质子型[Emim]TFSI(见图19)两种离子液体的表面结构.观测结果表明：质子型EAN离子液体易形成海绵状结构的纳米相，且局部有蠕虫状结构；而对于[Emim]TFSI离子液体，阳离子在云母表面呈孤立排状分布.作者认为，质子型EAN离子液体在固体表面形成蠕虫状结构，主要是因为其含有最小的自组装聚集体.Y.Z.SU等[32-33]利用原位STM手段研究了咪唑翁盐阳离子烷基链长对ILs/Au(100)界面上双电层的结构影响.咪唑盐离子如胶束状/微团状一样吸附在Au 电极表面，微团的大小随阳离子链长增长而增大，且其分布均有双列平行排布的特征.对于在Au电极表面的OMI+阳离子吸附层在持续的负电势作用下，可形成有序-紊乱结构之间的相互转换，这可能是由阳离子更长的侧链及与Au(100)基底更强的相互作用引起的.研究表明：双电层中致密区域的研究采用STM分析时会受限，但借助AFM测试的研究还在进行中.F.BUCHNER等[34]将STM测试和理论计算相结合，观察到在[BMP][TFSA]/Ag(111)界面上，阴、阳离子严格按照1的比例吸附在Ag表面(与理论计算一致).在不同的温度条件下，可以形成不同吸附层，如在室温下是易变的2D液相，在100 K下，又可以生成2D固相(见图20，其中a)图是在亚单原子层有4个Ag阶梯，在大的Ag阶梯上出现有序的2D晶体相，在小的Ag阶梯(宽度约为10 nm)出现无序的2D玻璃相.图b)是在单层上，大的Ag阶梯上有有序的2D晶体相，而小的Ag阶梯上有无序的2D玻璃相).由图20可以看出,在100 K时，出现4层梯田结构，分别为2D晶体相、2D液体相、2D液体相和玻璃相的混合相，以及2D玻璃相.在AFM测试过程中都用到悬臂，它常被用来检测原子之间力量的变化.当针尖与样品之间产生相互作用后，由于样品表面的形貌会使悬臂发生形变，通过感应检测形变量的大小可以得到样品表面的信息.K.KAISEI等[35]则拓展了悬臂的作用，他们利用AFM的悬臂进行纳米喷墨打印(见图21)，将离子液体[BMIM]BF4点到4nm厚的Pt薄膜上，Pt薄膜是通过磁控溅射在Al2O3(0001)表面得到的.通过改变脉冲时间，可以得到不同聚集形态的ILs液滴(见图22)，用AFM观察离子液体液滴形貌时发现，脉冲时间在 0.2~1.0 s之间时，脉冲时间越长，液滴越宽；脉冲时间在 0.2~0.5 s之间时，液滴的厚度均在2.5 nm左右，但是当脉冲时间延长至1.0 s时，液滴的厚度可达4.0 nm.由于液滴间距离很近，液滴很容易连接成膜，这种纳米喷墨打印技术可以应用于在设定区域内制备所需厚度的离子液体薄膜，使得在纳米尺度上研究离子液体结构性质成为可能.具有低熔点的室温离子液体是一种新型的结构可调变的多功能液体材料，在有机催化、绿色化学、化工分离、色谱分析和电化学等领域具有广泛的应用，为构建绿色化学化工反应过程提供了新途径.离子液体的表/界面性质与结构是离子液体催化反应/分离体系的重要基础科学问题，可在微/介观尺度下影响反应和分离过程的效率.本文综述表明，AFM/STM技术在离子液体薄膜、离子液体混合物、负载离子液体结构及性质方面都有很好的应用，尤其是在AFM/STM原位观察离子液体表/界面性质与结构变化方面.但是，目前AFM/STM技术在离子液体方面的研究尚处于开始阶段，许多研究有待深入开展，应主要加强离子液体不同阴阳离子结构、性质对于离子液体与气体、离子液体与固体界面的影响等研究，从而形成系统化的理论，为离子液体吸收气体及催化反应的应用提供理论支持，并进一步构建模型，指导离子液体的设计.【相关文献】[1] 顾彦龙,石峰,邓友全.室温离子液体:一类新型的软介质和功能材料[J].科学通报,2004,49(6):515.[2] NANDA R,RAI G,KUMAR A.Interesting viscosity changes in the aqueous urea-ionic liquid system:effect of alkyl chain length attached to the cationic ring of an ionic liquid[J].J Solution Chem,2015,44(3):742.[3] ZHANG X C, HUO F, LIU X M, et al.Influence of microstructure and interaction on viscosity of ionic liquids[J].Ind Eng Chem Res,2015,54(13):3505.[4] DUPONT J,DE SOUZA R F,SUAREZ P A Z.Ionic liquid (molten salt) phase organometallic catalysis[J].Chem 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静电喷雾技术的基础研究苑立强;贾首星;沈从举;孟祥金【摘要】液体荷电雾化技术能够有效降低雾化的粘滞阻力,提高雾化效果.为此,从理论方面分析了影响液滴雾化和雾滴荷电的参数以及影响荷质比的因数,并列举了静电技术在农业上的应用;着重阐述了静电喷雾技术在农业方面的应用前景.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2010(032)003【总页数】3页(P28-30)【关键词】静电;喷雾;荷电;雾化性能;荷质比【作者】苑立强;贾首星;沈从举;孟祥金【作者单位】石河子大学,机械电气工程学院,新疆,石河子,832000;新疆农垦科学院,机械装备研究所,新疆,石河子,832000;新疆农垦科学院,机械装备研究所,新疆,石河子,832000;新疆农垦科学院,机械装备研究所,新疆,石河子,832000【正文语种】中文【中图分类】S1290 引言静电喷雾是近几十年发展起来的一项新技术，其在工业、农业和环境保护,如静电喷涂、静电喷雾冷却、静电除尘、静电灭火、静电燃烧以及静电农药喷洒等方面得到了广泛的应用。

它是利用不同的充电方式使农药雾滴带电，并在喷头和目标间形成静电场，从而实现均匀、细化雾滴及提高雾滴在目标物的沉积量、均匀性、吸附性等方面的效果。

1 静电喷雾原理与特点液体的静电雾化是指液体喷嘴和对应的接地电极之间，使用高压发生器使其加上数千伏的电压时，从喷嘴尖端流出的带电液体，由于受表面张力、静电力及重力联合作用使液柱表面极不稳定，进而分裂为离子或雾滴，这一现象成为静电雾化。

雾点带电感应后，使所喷靶标外部产生异性电荷，两个电荷之间的作用力叫做库仑力，用公式表示为F=qE (F是库仑力，q是电荷，E是那一点的电场强度)。

就是说带电粒子受电场方向的力的作用。

在电场力的作用下，雾点会迅速被吸收到标靶植物和防治对象的表面任何部位，从而减少了雾滴漂移流失，降低了对环境的污染。

研究与实验表明，静电喷雾具有以下特点：1) 有效地降低雾滴尺寸和提高雾谱均匀性；2) 提高了雾滴在靶标上的沉积量，改善了雾滴沉积的均匀性；3) 用水量少，特别适合于干旱缺水地区使用；4) 在农药喷洒方面，可以减少农药的使用量，提高农药利用率、降低施药成本，且在静电力的作用下，农药在植株上粘附牢靠、耐雨水冲刷。

高压静电场中液体射流的雾化研究及应用的开题报告一、背景与意义随着现代化科技的不断发展，高压静电场技术的应用越来越广泛。

该技术通过产生强烈的静电场作用于流体，形成电荷极化与电场力作用下的静电液体喷雾，是高效率、低能耗、无污染、易于操控的新型喷雾技术。

在液体雾化、高效喷雾、柔性印刷等领域中具有重要应用价值。

本课题旨在建立高压静电场下液体射流体系，研究其雾化机理、喷雾特性和操作规律；并在此基础上开发出不同规格、不同性质的高压静电喷雾器，为其应用提供技术支持。

二、研究内容1. 建立高压静电场下液体射流体系，搭建实验平台。

2. 通过实验和数值模拟手段，研究不同电压、电场强度、介质性质等因素对喷雾性能的影响。

3. 探究喷嘴结构、流速、液压等流体参数对喷雾效果的影响。

4. 基于实验研究，开发出适用于不同行业的高压静电喷雾器，并进行喷雾效果测试和应用示范。

三、研究计划1. 前期准备阶段：调查相关文献，了解国内外研究现状，制定研究计划和方案。

2. 实验阶段：搭建实验平台，进行高压静电场下液体射流的喷雾实验，并通过数值模拟手段得出相关数据。

3. 数据分析和处理阶段：对实验数据进行分析和处理，总结出液体雾化机理与喷雾特性。

4. 开发与应用阶段：基于实验研究结果，开发出不同规格、不同性质的高压静电喷雾器并进行喷雾效果测试和应用示范。

四、预期成果1. 系统地探究高压静电场下液体射流的雾化机理和喷雾特性，为该技术的应用提供理论基础和实验验证。

2. 开发出适用于不同行业的高压静电喷雾器，为行业提供高效、环保的喷雾解决方案。

3. 发表学术论文，提高本领域的学术水平和影响力。

五、研究条件与保障本课题所需实验设备和装置已基本具备，为保障实验需要还需购买一些实验用的小型仪器和设备；研究经费由所在高校提供，保障研究的正常开展。

本课题负责人具备较高的学术水平和实验技能，研究团队成员互相协作，资源互通，为实现既定研究目标提供充分的保障。

液体推进剂液雾序列脉冲电点火特性研究的开题报告一、研究背景及意义液体推进剂液雾序列脉冲电点火是一种将电能转化为火焰能的高科技技术，其在飞行器的航空推进、交通运输、能源开发等领域中有着广泛的应用前景。

液雾序列脉冲电点火技术可以提高燃烧效率、降低环境污染、提高发动机的安全可靠性。

因此，对液体推进剂液雾序列脉冲电点火特性的深入研究具有重要意义。

二、研究现状及存在问题目前，国内外对液雾序列脉冲电点火的研究主要集中在如何提高点火能量和稳定性、优化喷嘴结构等方面。

但是，缺乏对液雾序列脉冲电点火特性的深入探究，如对点火阈值与流量、气膜和液膜性质的关系等方面的研究较为薄弱。

三、研究内容本次研究将以液体推进剂液雾序列脉冲电点火为研究对象，深入探究其液体雾化特性与点火特性的相互关系，重点研究以下几个方面：1. 液体雾化特性分析：通过实验研究，分析液雾的尺寸分布、吸湿性、扩散性等参数对液雾序列脉冲电点火的影响。

2. 离子激发机理分析：探究离子在高电场下的运动特性和电场强度的影响，研究离子对液雾点火的激励过程和机理。

3. 喷嘴性能分析：通过喷嘴结构的优化设计，提高雾化质量和点火效率，探究不同喷嘴对液雾序列脉冲电点火特性的影响。

4. 点火阈值与流量、气膜、液膜性质的关系：通过研究液雾序列脉冲电点火的点火阈值与流量、气膜和液膜性质的关系，探究电弧点火与电容点火的差异性。

四、研究方法本研究采用实验室模拟实验与数值模拟相结合的方法进行研究。

通过自主设计的液雾序列脉冲电点火实验系统，实现液体雾化和点火过程的控制；通过CFD分析软件，对液雾序列脉冲电点火的流场、电场以及离子激发效应进行数值模拟。

五、预期成果本研究将为液体推进剂液雾序列脉冲电点火技术研究提供一定的理论和实验依据。

预期达到以下成果：1. 探究液雾序列脉冲电点火机理，建立液雾化特性与点火特性的数学模型。

2. 研究不同喷嘴对液雾序列脉冲电点火特性的影响，提高液雾序列脉冲电点火的点火能量和稳定性。

应用离子液体提高采收率的研究进展作者：季俣汐季锦涛赵佳黎剑来源：《科学家》2016年第02期摘要我国三次采油主要采用的仍是化学驱，其中离子液体发挥了重要的作用，但也有自己的弊端，本文综述了DES新型离子液体对吸附量、润湿性及粘度等方面的影响，指出DES 将对提高采收率发挥重要的作用。

关键词三次采油；离子液体；DES；提高采收率中图分类号 TQ41 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2016）02-0040-01目前化学驱仍是我国三次采油的主攻方向，但是随着化学驱技术的发展，也暴露出很多不足。

比如常规聚合物不适用于高温高盐油藏，大分子链易出现热降解、剪切降解、氧化降解等问题。

表面活性剂驱存在吸附严重，采出液乳化严重。

碱驱容易结垢、损耗量大、易形成水包油乳状液。

因此急需寻找抗盐、高效、环保、价廉的驱油剂。

1 传统离子液体应用相关问题离子液体是仅由阴阳两种离子组成的有机液体，具有低蒸汽压，良好的导电导热性，液体状态温度范围广和可设计性等优点，但是近年来很多报道指出多数离子液体具有毒性和生物难降解的缺点，甚至含有微量的杂质，影响离子液体的物理化学性质，这些缺点导致普通离子液体的价格过高并严重阻碍离子液体的工业化应用。

2 DES的研究和动态发展趋势为了克服ILs的高价格和毒性，新一代的溶剂，称为Deep Eutectic Solvents（DES），是离子液体的一个子类，是一种比普通离子液体更加环保并且可生物降解、价格便宜的绿色溶剂。

DES具有类似于普通离子液体的很多性质，但DES不是完全由离子组成的液体溶剂，通常DES是由两到三种便宜安全的物质，通过氢键作用形成一个低共熔混合物，这种混合物的熔点比单独的物质的熔点都要低，在室温条件下，通常为液态，第一个合成的DES是氯化胆碱和尿素，氯化胆碱是离子型固体，熔点是302℃，尿素是氢键供体，熔点是133℃，通过在80℃条件下，混合摩尔比为1：2的氯化胆碱和尿素，得到室温下为无色透明的Reline溶液，熔点是12℃。

离子液体电喷推力器羽流中和特性研究
孙振宁;武志文;郭云涛;韩雨宁;孙国瑞;王宁飞
【期刊名称】《推进技术》
【年(卷),期】2022(43)4
【摘要】电推进装置的带电羽流会对航天器产生多种危害,为了降低离子液体电喷推力器带电羽流对航天器产生的潜在安全风险,需要对其进行羽流中和。

根据离子液体电喷推力器的羽流自中和特性,提出了时间变化法和空间变化法,并对其进行了实验验证。

用时间变化法分析了单推力器的脉冲电压的频率、幅值和占空比对羽流中和特性的影响。

以20Hz作为实验的条件,单推力器样机实现羽流中和的正负电压幅值比为0.95~0.98,在发射电压幅值分别为±2.2,±2.6,±3.0kV情况下,羽流中和时正电压占空比分别为35.5%,38.1%,40.4%。

空间变化法中使用双推力器模块分析了电压幅值对羽流中和特性的影响。

实验结果表明,两个推力器模块羽流中和时的正负电压幅值比为0.95~0.98,与时间变化法的实验结果基本一致,证明了两个推力器协同工作情况下羽流中和的可行性。

【总页数】10页(P427-436)
【作者】孙振宁;武志文;郭云涛;韩雨宁;孙国瑞;王宁飞
【作者单位】北京理工大学宇航学院;天津电源研究所
【正文语种】中文
【中图分类】V439.4
【相关文献】
1.离子推力器羽流特性及其污染分析
2.脉冲等离子体推力器等离子体羽流的光谱研究
3.离子推力器羽流特性的粒子模拟
4.超声波电喷推力器羽流中和特性研究
5.离子液体静电喷雾推力器研究进展及关键技术
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药物分析中的纳米离子液体电喷雾质谱技术应用研究近年来，纳米离子液体电喷雾质谱技术在药物分析领域中得到了广泛的关注和应用。

本文将对该技术的原理、特点以及应用案例进行介绍和探讨。

一、纳米离子液体电喷雾质谱技术的原理纳米离子液体电喷雾质谱技术是将离子液体与纳米颗粒相结合，通过电喷雾技术将样品离子化并送入质谱仪进行分析。

其主要原理包括以下几个方面：1. 离子液体的选择：离子液体是一种带有离子结构的液体，具有良好的溶解性和化学稳定性。

在离子液体中加入药物样品后，药物分子会与离子液体分子形成离子对，并形成稳定的离子液体-药物复合物。

2. 电喷雾技术：通过电压作用下，在电喷雾器中形成高电场强度，从而促使离子液体中的复合物在喷雾过程中被离子化，形成气相离子。

这些气相离子会随着质谱仪中的气流传输到质谱仪中进行分析。

3. 纳米颗粒的应用：纳米颗粒在纳米离子液体电喷雾质谱技术中起到了重要的作用。

纳米颗粒可以增加离子液体及药物复合物的表面积和散射效应，从而提高电喷雾效率和药物离子的检测灵敏度。

二、纳米离子液体电喷雾质谱技术的特点1. 高灵敏度：纳米离子液体电喷雾质谱技术能够在低样品浓度下进行灵敏的检测，尤其对于生物样品和药物分子的分析具有较高的灵敏度和选择性。

2. 宽线性范围：纳米离子液体电喷雾质谱技术具有宽广的线性范围，能够适应不同浓度范围内的样品分析。

3. 低样品消耗：相比传统质谱分析技术，纳米离子液体电喷雾质谱技术能够显著降低样品的消耗量，同时减少了对样品的预处理过程，提高了分析效率。

4. 适用广泛：纳米离子液体电喷雾质谱技术能够应用于药物分析的各个环节，包括药物代谢研究、生物样品分析、药物控制释放等方面。

三、纳米离子液体电喷雾质谱技术的应用案例1. 药物代谢研究：纳米离子液体电喷雾质谱技术能够通过检测药物在体内的代谢产物，实现对药物代谢途径和转化过程的研究。

例如，通过对某药物的代谢产物进行离子化，利用质谱仪分析其质量/电荷比，可以确定药物的代谢途径以及代谢产物的结构和相对含量。

小功率ECR离子推力器技术研究发展现状柯于俊;陈学康;孙新锋;田立成【摘要】相比Kaufmann离子推力器,ECR(Electron Cyclotron Resonance)离子推力器具有无电极腐蚀、无污染、放电气压低、等离子体密度高、能量转换效率高、中和器和放电室能快速起弧等优点.ECR离子推力器因独特的技术优势而使其在微小功率电推进领域受到国内外的广泛研究.国外(主要是日本)小功率ECR离子推力器口径从1~10 cm都取得了小行星探测采样返回的突出成果,国内没有针对应用需求的产品开发研制计划,偏重基础研究,性能也有很大差距,无论是技术还是产品距离微小卫星应用需求还存在很大差距.建议研究的主要方向是磁场位形、变孔栅和碳-碳复合材料栅极.%Comparing with Kaufmann ion thrusters,ECR(Electron Cyclotron Resonance)ion thrusters have neither electrode erosion nor pollution,as well as low discharge pressure,high plasma density,and high energy transfer efficiency. ECR ion thruster has drawn much attention inlow power electric propulsion. Foreign countries(mainly Japan)have great progress in low power ECR ion thrusters in diameter from 1 cm to 10cm,and got amazing achievement,such as getting samples back from a asteroid. However,chinese ECR ion thrusters are still some labmodels,whose performance and engi-neering mature level are lower than foreign ones. It is advised that more research focus on magnetic field topology,grids with variable-holes in carbon-carbon composite material.【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2017(023)004【总页数】6页(P187-192)【关键词】小功率;ECR离子推力器;空间推进【作者】柯于俊;陈学康;孙新锋;田立成【作者单位】兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室,兰州 730000;兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室,兰州 730000;兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室,兰州 730000;兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室,兰州 730000【正文语种】中文【中图分类】V439+.1相比传统的Kaufmann离子推力器，ECR离子推力器放电室采用微波电子回旋共振的方式产生等离子体，优点是无内电极放电、无污染、长寿命、等离子体密度高（1017～1019m-3）、能量转换效率高、微波吸收率高（≥95%）、中和器和放电室能快速起弧、电源系统简单等，虽然ECR离子推力器也有缺点，比如微波电源效率不如直流电源，ECR需要高出Kaufman离子推力器数十倍的静磁场，但是总体上ECR离子推力器研究具有广阔的应用前景[1-2]。

螺旋波离子推力器关键技术研究鱼伟东;张天平;温晓东;孙新锋【摘要】螺旋波离子源利用放电室外部天线激发的螺旋波将能量耦合到放电室中,在附加磁场的作用下,可以产生高密度的低温等离子体.目前以螺旋波放电作为离子源的电推力器大多采用了无电极的加速方式,加速效果不显著,推力、比冲较低,而将螺旋波离子源和成熟的栅极加速技术结合在一起的螺旋波离子推力器有望成为新的高效率、高比冲的推力器.从提高推力器性能的角度出发,就螺旋波离子推力器设计需要考虑的关键技术展开分析.讨论了天线结构、辐射阻抗、辐射方向性对天线耦合效率的影响;放电室尺寸、磁场强度和射频功率对放电效率的影响;栅极加速系统的设计及其与螺旋波离子源的耦合分析等.【期刊名称】《真空与低温》【年(卷),期】2019(025)002【总页数】8页(P126-133)【关键词】电推进;螺旋波;离子推力器;栅极加速【作者】鱼伟东;张天平;温晓东;孙新锋【作者单位】兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室,兰州 730000;兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室,兰州 730000;兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室,兰州 730000;兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室,兰州 730000【正文语种】中文【中图分类】V439+.10 引言螺旋波是一种在磁化等离子体中传播的哨声波，由于其波阵面除了向前传播之外，还存在沿方位角方向的旋转传播，故名螺旋波。

当射频天线激发的电磁波传播到磁化等离子体中时，波与等离子体相互作用并将能量高效地耦合到等离子体中，能够产生高密度低温等离子体。

相比电感耦合放电（ICP）、电子回旋共振放电（ECR）等放电模式，螺旋波能够在相同功率条件下产生更高密度的等离子体，应用于空间电推进，能够提供更高的推力密度，缓解电推进发展中的高功率和空间饱和电流之间的矛盾。

螺旋波离子源在空间电推进中常见的加速方式包括双层（Double Layer）加速、磁喷管加速以及栅极加速等。

专利名称：一种防静电及阻燃液体喷雾设备专利类型：实用新型专利
发明人：李素英,王美丽
申请号：CN201920080338.0
申请日：20190116
公开号：CN209722488U
公开日：
20191203
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型适用于喷涂装置技术领域，提供了一种防静电及阻燃液体喷雾设备，包括工作台面，工作台面左端设置有电机，电机的输出端通过电机皮带连接第一辊筒，第一支柱右端设置有第二支柱，第二支柱上端设置有张紧器，第二支柱上方设置有第一喷涂机与第二喷涂机，第一喷涂机与第二喷涂机右端分别连接设置有第一输液泵与第二输液泵，第一输液泵与第二输液泵中分别装置有抗静电剂与涤纶布阻燃剂，第二支柱右端设置有压平辊筒组，压平辊筒组两端固定连接有第三支柱，第三支柱右端设置有第四辊筒，第四辊筒上缠绕设置有布料，压平辊筒组、电机、第一喷涂机以及第二喷涂机均电连接控制器，本装置旨在对布料进行防静电、阻燃处理。

申请人：东莞市无极净化用品科技有限公司
地址：523000 广东省东莞市沙田镇西太隆村坭头组
国籍：CN
代理机构：深圳市惠邦知识产权代理事务所
代理人：殷齐齐
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离子液体电推力器离子液体电推力器是一种新型的推进系统，其工作原理是利用离子液体作为推进剂，通过电场加速离子并产生推力。

离子液体是一种具有高离子迁移率和低挥发性的液体，具有优异的导电性和化学稳定性，因此被广泛应用于电推力器中。

离子液体电推力器由电源系统、离子液体储存装置、离子加速系统和喷口系统组成。

电源系统提供所需的电能，离子液体储存装置存储并供应离子液体，离子加速系统将离子加速并形成离子束，喷口系统将离子束喷出产生推力。

离子液体电推力器具有许多优点。

首先，离子液体具有较低的挥发性，不会产生有害气体或粒子污染，因此对环境友好。

其次，离子液体具有高离子迁移率，能够提供较高的推力效率。

此外，离子液体具有较低的电导率，可以减少电流损耗，提高系统效率。

另外，离子液体还具有较好的化学稳定性，能够适应不同的工作环境。

离子液体电推力器在航天领域具有广泛的应用前景。

传统的化学推进系统存在燃料限制、排气污染等问题，而离子液体电推力器能够克服这些问题。

由于离子液体具有较高的推力效率和较低的挥发性，可以大幅提高航天器的燃料利用率和运载能力。

另外，离子液体电推力器还可以应用于卫星姿态控制、航天器轨道修正等任务，提供精确而可靠的推力。

离子液体电推力器不仅在航天领域有应用价值，也在地面交通工具中具有潜力。

传统的燃油动力系统存在燃料消耗、排放污染等问题，而离子液体电推力器可以提供清洁、高效的动力。

离子液体电推力器在电动汽车、无人驾驶船舶等领域的应用前景广阔。

然而，离子液体电推力器也存在一些挑战和限制。

首先，离子液体的成本较高，限制了其在大规模应用中的推广。

其次，离子液体的导电性和化学稳定性需要进一步提高，以满足更严苛的工作条件。

此外，离子液体电推力器的推力较小，适用于小型航天器和地面交通工具，对于大型航天器的应用还存在技术挑战。

离子液体电推力器是一种具有广泛应用前景的推进系统。

其通过利用离子液体作为推进剂，通过电场加速离子并产生推力。

新型火箭推进技术专利火箭推进技术一直是航天领域的研究热点之一。

为了推动航天技术的发展，科学家们不断探索新型的火箭推进技术，并提出了许多创新的想法和专利。

本文将重点介绍一项新型火箭推进技术专利的内容和应用前景。

一、技术简介这项新型火箭推进技术专利主要基于离子推进的原理，并对其进行了改进和创新。

离子推进技术是利用离子加速器将气体推进剂中的气体分子或离子加速到高速，然后通过喷嘴喷出来产生推力，从而推动火箭。

而这项专利在离子推进技术上加入了自主学习和智能控制的功能。

二、技术原理该技术专利采用了一种新型的推进装置，该装置内部设有一组感应器和控制单元。

感应器可以感知火箭周围的外界环境，比如温度、气压、重力等，同时可以感知到火箭本身的推进状态，比如速度、姿态等。

控制单元会根据感应器的数据分析和处理，调整推进装置的运行参数，使其能够根据外界环境和火箭状态自动调整推进力、喷嘴形状和推进剂的使用量等。

三、技术优势这项新型火箭推进技术专利相比传统的离子推进技术有以下几个优势：1. 自主学习能力：该技术专利引入了自主学习的功能，可以通过感应器感知环境和火箭的状态，根据这些数据进行学习和分析，并不断优化推进装置的运行参数，使其能够更好地适应不同的工作环境和任务需求。

2. 智能控制能力：控制单元可以根据感应器的数据进行智能控制，实时调整推进装置的运行参数，能够更加精确地控制推进力和喷嘴形状，从而提高火箭的运行效率和稳定性。

3. 节能环保：新型推进技术专利采用的是离子推进技术，相比传统的火箭推进方式，具有更高的推进效率和更低的燃料消耗量，能够降低对有限资源的依赖，减少对环境的污染。

四、应用前景这项新型火箭推进技术专利具有广阔的应用前景，可在航天领域中发挥重要作用：1. 深空探测：新型火箭推进技术能够为深空探测任务提供高效稳定的推进力，使得探测器能够更加精确地进入目标轨道和执行任务，为人类对外层空间的探索提供更多机遇。

2. 卫星发射：该技术专利的智能控制功能能够提高火箭发射的精确度和安全性，减轻对地面设备和人员的依赖，为卫星发射提供更高效和可靠的推进方式。