エレクトロスプレー

表面張力の影響により、エミッタ先端部では液面が半球状になる。正電圧を印加すると${\displaystyle V\,}$電場を誘起する: ^{[ 12 ]}

${\displaystyle E={2V \over r\ln(4d/r)}}$

どこ${\displaystyle r\,}$は液体の曲率半径です。この電場によって液体の分極が生じ、負電荷キャリアと正電荷キャリアは、電圧が印加された電極に向かって、または電極から遠ざかるように移動します。ある閾値以下の電圧では、液体はより小さな曲率半径を持つ新しい平衡形状に急速に達します。

閾値を超える電圧は液体を円錐状に引き込む。ジェフリー・イングラム・テイラー卿は、(1)円錐の表面が等電位であること、(2)円錐が定常平衡状態にあること、という仮定に基づいて、この円錐の理論的な形状を説明した。^{[ 8 ]}これらの基準の両方を満たすには、電場は方位角対称性を持ち、${\displaystyle R^{1/2}\,}$表面張力のバランスを取り、円錐形を作り出すための依存関係。この問題の解決策は次のとおりです。

${\displaystyle V=V_{0}+AR^{1/2}P_{1/2}(\cos \theta _{0})\,}$

どこ${\displaystyle V=V_{0}\,}$（等電位面）は、$\displaystyle \theta _{0}}$（Rに関係なく）等電位円錐を生成する。${\displaystyle V=V_{0}\,}$すべての R 値に対して、 は 1/2 次ルジャンドル多項式の零点である。${\displaystyle P_{1/2}(\cos \theta _{0})\,}$0と0の間には0が1つだけあります。${\displaystyle \pi \,}$130.7°は、テイラーの有名な49.3°の角度の補角である。

円錐状メニスカスの頂点は無限に小さくなることはできない。流体力学的緩和時間が$\displaystyle \tau _{H}={\mu r \over \gamma }}$電荷緩和時間よりも大きくなる$\tau_C = εrε0 \over κ \displaystyle \tau_C = εr ε0 \over κ \displaystyle \tau_C = εr \epsilon_$[ ^{13 ]未定義の記号は}特性長さを表す${\displaystyle (r)\,}$真空の誘電率${\displaystyle (\epsilon _{0})\,}$固有の静脈瘤不安定性により、円錐の頂点から噴射された帯電した液体ジェットは小さな帯電液滴に分裂し、それらは空間電荷によって放射状に分散される。

帯電した液体は円錐の先端から噴射され、対向電極上に帯電した液滴または正イオンとして捕捉される。電荷損失を相殺するために、過剰な負電荷はエミッタで電気化学的に中和される。電気化学的に生成される電荷​​量と円錐の先端で失われる電荷量との間の不均衡は、いくつかのエレクトロスプレー動作モードにつながる可能性がある。コーンジェットエレクトロスプレーの場合、金属/液体界面の電位は、円錐の先端から失われる電荷と同じ量の電荷を生成するように自己調整される。^{[ 14 ]}

フェングループが大型生体分子の分析におけるイオン源としてエレクトロスプレーの使用を実証した後、エレクトロスプレーは質量分析のイオン化源として広く使用されるようになった。 ^{[ 15 ]}

液体金属イオン源（LMIS）は、液体金属とエレクトロスプレーを組み合わせてイオンを生成します。^{[ 16 ] [ 17 ]}イオンはテイラーコーンの先端での電界蒸発によって生成されます。LMISからのイオンは、イオン注入や集束イオンビーム装置で使用されます。

標準的なエレクトロスプレーと同様に、ポリマー溶液に高電圧を印加すると、円錐状のジェット形状が形成される。ジェットが小さな液滴に分裂するのではなく、非常に細い繊維に変化する場合、このプロセスはエレクトロスピニングと呼ばれる。

エレクトロスプレー技術は、微調整可能な粒子噴射によって正確かつ効果的な推力を得ることができるため、衛星を制御するための低推力電気推進ロケットエンジンとして使用されている。

エレクトロスプレーはナノテクノロジー^{[ 18 ]}において、例えば表面に単一粒子を堆積させるために使用できる。これは、平均して1つの液滴あたり1つの粒子のみを含むコロイドを噴霧することによって行われる。溶媒が蒸発すると、目的の種類の単一粒子のエアロゾル流が残る。このプロセスのイオン化特性は、この用途にとって重要ではないが、粒子の静電沈殿に使用できる。

ナノ粒子を堆積させる代わりに、金属イオンを目的の場所に堆積させることで、ナノ粒子やナノ構造をその場で作製することもできる。イオンの電気化学的還元による原子への変換と、その場での組み立てが、ナノ構造形成のメカニズムであると考えられていた。

エレクトロスプレーは薬物送達の分野で注目を集めており、免疫療法で使用されるポリマー微粒子^{[ 19 ]}や核酸送達に使用されるリポプレックス^{[ 20 ]}などの薬物キャリアの製造に使用されています。エレクトロスプレーによって作られたサブマイクロメートルサイズの薬物粒子は溶解速度が速く、表面積が増加するためバイオアベイラビリティが高くなります^{[ 21 ]} 。そのため、同じ効果を得るために必要な投与量が少なくなるため、薬物の副作用を軽減できます。

エレクトロスプレーは、一部の空気清浄機で使用されています。空気中に浮遊する微粒子は、エアロゾルエレクトロスプレーによって帯電され、電界によって操作され、接地された電極上に集積されます。この方式は、他のタイプの空気清浄機でよく見られるオゾンの発生を最小限に抑えます。