ES2239861A1 - Electro hydrodynamic disperser of conducting liquid in dielectric bath includes dielectric liquid and electrical charging of droplets formed by breaking of suspension - Google Patents

Electro hydrodynamic disperser of conducting liquid in dielectric bath includes dielectric liquid and electrical charging of droplets formed by breaking of suspension

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ES2239861A1 ES200200825A ES200200825A ES2239861A1 ES 2239861 A1 ES2239861 A1 ES 2239861A1 ES 200200825 A ES200200825 A ES 200200825A ES 200200825 A ES200200825 A ES 200200825A ES 2239861 A1 ES2239861 A1 ES 2239861A1
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Abstract

An electro hydrodynamic disperser of conducting liquid in a dielectric bath has the conducting suspension or liquid located in the dielectric liquid which is barely miscible with it, if at all. An independent claim is included for a process using the disperser. The process employs e.g. hydrosol droplets charged electrically and of highly uniform size produced by breaking of the suspension through capillary instability. The diameter of the stream of suspension and of the resulting droplets ranges from tens of nanometers to hundreds of microns, depending on the operating conditions.

Description

Dispositivo y procedimiento para producir electrosprays de líquidos conductores en el seno de líquidos dieléctricos y emulsiones multicomponentes.Device and procedure to produce electrosprays of conductive liquids within liquids multi-component dielectrics and emulsions.

Objeto de la invenciónObject of the invention

El presente invento describe un procedimiento y el dispositivo para generar un chorro capilar estacionario de un líquido conductor, o suspensión líquida conductora, en el seno de un dieléctrico líquido, inmiscible o pobremente miscible con él, así como el hidrosol de gotas, de tamaños muy uniformes y cargadas eléctricamente, que se forma a partir de la rotura del chorro por inestabilidades capilares. Dependiendo de las propiedades de los líquidos empleados y de las condiciones de operación, el diámetro del chorro y de las gotas resultantes puede estar comprendido entre unas decenas de nanómetros y las centenas de micras.The present invention describes a method and the device for generating a stationary capillary jet of a conductive liquid, or conductive liquid suspension, within a liquid dielectric, immiscible or poorly miscible with it, as well as drops hydrosol, of very uniform and loaded sizes electrically, which is formed from the breakage of the jet by hair instabilities. Depending on the properties of the liquids used and operating conditions, the diameter of the jet and the resulting drops may be comprised between a few tens of nanometers and hundreds of microns.

El líquido que forma el micro chorro se inyecta a un caudal apropiado y constante, a través de una aguja metálica conectada a una fuente de alto voltaje. Si la conductividad eléctrica del líquido inyectado es suficientemente alta se puede, si se desea, utilizar agujas no metálicas (por ejemplo, tubo de sílica); en este caso el proceso de carga deberá hacerse a través del propio líquido. En el extremo de la aguja, que se encuentra sumergido en el líquido dieléctrico (fluido receptor), se forma un menisco del líquido conductor. Ambos líquidos son inmiscibles o pobremente miscibles. El fluido receptor puede o no estar en reposo. La disposición de la aguja es tal que el líquido dieléctrico baña parcial o totalmente al menisco del líquido conductor. Enfrente del extremo de la aguja se encuentra, también inmerso en el fluido receptor, un electrodo de referencia. El electrodo de referencia puede poseer configuraciones geométricas diferentes, placa, anillo, etc. Además, el electrodo de referencia no tiene por qué ser sólido, pudiendo tratarse de un líquido conductor, en reposo o en movimiento, diferente o no al líquido inyectado, que sea inmiscible o pobremente miscible con el dieléctrico. Si el dieléctrico posee una conductividad eléctrica suficientemente pequeña, se puede establecer una diferencia de potencial eléctrico entre la aguja y el electrodo. Para un rango apropiado en las diferencias de potencial eléctrico aplicado entre la aguja y el electrodo, el menisco adopta una forma sensiblemente cónica bajo la acción de las fuerzas eléctricas y de tensión superficial que actúan sobre su entrefase. Desde el vértice del menisco cónico, denominado cono de Taylor, se emite un micro/nano chorro, cargado eléctricamente, y cuyo diámetro puede estar comprendido en un rango de valores que va desde las centenas de micras hasta unos pocos nanómetros. Para valores apropiados del caudal de líquido conductor inyectado a través de la aguja, se puede conseguir que la estructura de cono-chorro permanezca estacionaria. Este fenómeno se conoce en la literatura electrohidrodinámica como electrospray en modo cono-chorro estacionario. La rotura del chorro estacionario cargado, por inestabilidades varicosas, genera una dispersión coloidal de gotas del líquido inyectado en el seno del dieléctrico, que se caracterizan porque sus tamaños son marcadamente uniformes (spray monodisperso), están cargadas, y el rango de su tamaño medio está en el rango micro/nanométrico.The liquid that forms the micro jet is injected into an appropriate and constant flow rate, through a metal needle connected to a high voltage source. Yes conductivity Injection of the liquid injected is high enough you can, if desired, use non-metallic needles (for example, silica); in this case the charging process must be done through of the liquid itself. At the end of the needle, which is located submerged in the dielectric liquid (receiving fluid), a Meniscus of the conductive fluid. Both liquids are immiscible or poorly miscible. The receiving fluid may or may not be in repose. The arrangement of the needle is such that the dielectric liquid  partially or completely bathe the meniscus of the conductive liquid. Opposite the end of the needle is also immersed in the receiving fluid, a reference electrode. Electrode reference may have different geometric configurations, plate, ring, etc. In addition, the reference electrode does not have what to be solid, being able to be a conductive liquid, in resting or moving, different or not from the injected liquid, which be immiscible or poorly miscible with the dielectric. If he dielectric possesses an electrical conductivity sufficiently small, you can establish an electric potential difference between the needle and the electrode. For an appropriate range in differences in electrical potential applied between the needle and the electrode, the meniscus adopts a substantially conical shape under the action of electric forces and surface tension that They act on their interphase. From the apex of the conical meniscus, called Taylor cone, a micro / nano jet is emitted, charged electrically, and whose diameter can be in a range of values ranging from hundreds of microns to a few nanometers For appropriate values of the conductive liquid flow injected through the needle, you can get the structure of cone-jet remain stationary. This phenomenon is known in electrohydrodynamic literature as electrospray in stationary jet-cone mode. The rupture of the stationary jet loaded, due to instabilities varicose, generates a colloidal dispersion of liquid drops injected into the dielectric, which are characterized by their sizes are markedly uniform (monodispersed spray), they are loaded, and the range of its average size is in the range micro / nanometric

El dispositivo y procedimiento, objetos de la presente invención, son aplicables a campos tales como Ciencia de Materiales, Tecnología de Alimentos, Tecnología Farmacéutica, Ingeniería Química, etc., donde la generación y manipulación controlada de chorros y gotas de tamaños micro o nanométrico sea una parte esencial del proceso. Por ejemplo, el procedimiento de la invención se puede utilizar para producir un hidrosol (o suspensión coloidal) muy monodisperso de esferas nanométricas rígidas si se usa un líquido conductor susceptible de polimerizar. En efecto, la rotura del chorro líquido estacionario por acción de inestabilidades capilares da lugar a la formación continua de un hidrosol de gotas que solidifican bajo la acción de una fuente de luz ultravioleta o cualquier otro procedimiento de polimerización.The device and procedure, objects of the Present invention, are applicable to fields such as Science of Materials, Food Technology, Pharmaceutical Technology, Chemical Engineering, etc., where generation and handling controlled jets and drops of micro or nanometric sizes be a essential part of the process. For example, the procedure of the invention can be used to produce a hydrosol (or suspension colloidal) very monodispersed of rigid nanometric spheres if use a conductive liquid that can be polymerized. Indeed, the rupture of the stationary liquid jet by action of hair instability results in the continuous formation of a drops hydrosol that solidify under the action of a source of ultraviolet light or any other procedure polymerization.

Estado de la técnicaState of the art

De entre los muchos procedimientos habitualmente usados para generar chorros líquidos estacionarios y aerosoles, esta invención utiliza fuerzas electrohidrodinámicas (EHD). Bajo unas condiciones de operación apropiadas, un caudal de líquido se emite en forma de micro chorro estacionario desde la punta de un cono de Taylor estacionario. La rotura de dicho chorro produce una nube de gotas cargadas denominada electrospray. Esta configuración se suele denominar electrospray en modo cono-chorro estacionario (M. Cloupeau and B. Prunet-Foch, J. Electrostatics, 22, 135-159, 1992). Las leyes de escala de la corriente emitida y del tamaño de las gotas de este tipo de electrospray están bien descritas en la literatura (J. Fernández de la Mora & I. G. Loscertales, J. Fluid Mech. 260, 155-184, 1994; A.M. Gañán-Calvo, J. Dávila & A. Barrero, J. Aerosol Sci., 28, 249-275, 1997, A. M. Gañán-Calvo, Phys. Rev. Lett. 79, 217-220, 1997; R.P.A. Hartman, D.J Brunner, D.M.A. Camelot, J.C.M. Marijnissen, & B. Scarlett, J. Aerosol Sci. 30., 823-849, 1999). En particular, es bien conocida la habilidad de este proceso para generar chorros líquidos estacionarios y aerosoles monodispersos en un rango de tamaños que comprende desde pocos nanómetros hasta cientos de micras (I.G. Loscertales & J. Fernández de la Mora, J. Chem. Phys. 103, 5041-5060, 1995.).Among the many procedures usually used to generate stationary liquid jets and aerosols, This invention uses electrohydrodynamic forces (EHD). Low appropriate operating conditions, a liquid flow rate is emits in the form of stationary micro jet from the tip of a Taylor cone stationary. The rupture of said jet produces a cloud of charged drops called electrospray. This configuration It is usually called electrospray in cone-jet mode stationary (M. Cloupeau and B. Prunet-Foch, J. Electrostatics, 22, 135-159, 1992). The laws of scale of the emitted current and the size of the drops of this type of electrospray are well described in the literature (J. Fernández de la Mora & I. G. Loscertales, J. Fluid Mech. 260, 155-184, 1994; A.M. Gañán-Calvo, J. Dávila & A. Barrero, J. Aerosol Sci., 28, 249-275, 1997, A. M. Gañán-Calvo, Phys. Rev. Lett. 79, 217-220, 1997; R.P.A. Hartman, D.J Brunner, D.M.A. Camelot, J.C.M. Marijnissen, & B. Scarlett, J. Aerosol Sci. 30., 823-849, 1999). In particular, the ability of this process to generate jets is well known stationary liquids and monodisperse aerosols in a range of sizes ranging from a few nanometers to hundreds of microns  (I.G. Loscertales & J. Fernández de la Mora, J. Chem. Phys. 103, 5041-5060, 1995.).

Los resultados anteriores se refieren a la dispersión de líquidos en vacío o en atmósfera gaseosa pero no a situaciones en las que el proceso de dispersión tiene lugar en el seno de otros líquido. L. Oddershede & S.R. Nagel, Phys. Rev. Lett. 85, 1234-1237, 2000, han estudiado experimentalmente el desarrollo de la cúspide que se forma en la entrefase de dos líquidos inmiscibles cuando se aplica un campo eléctrico suficientemente grande. En cualquier caso, en este trabajo ni se investigan ni se establecen, por tanto, las condiciones necesarias para formar un electrospray estacionario y estable, en el modo cono-chorro, de un líquido en el seno de otro. La electroatomización de un líquido en el seno de otro en el régimen de goteo (microdripping) ha sido considerada aplicando campos eléctricos pulsados, C. Tsouris, S.H. Neal, V.M. Shah, M.A. Spurrier, y M.K. Lee, Chemical Eng. Comm. 160, 175-197, 1997. La aplicación de campos eléctricos no estacionarios de intensidad variable es incompatible con el modo cono-chorro estacionario. La atomización electrostática de fluidos dieléctricos (tales como aire o disolventes orgánicos) en el seno de fluidos relativamente conductores (por ejemplo agua) ha sido investigada recientemente, C. Tsouris, W.T. Shin y S. Yiacoumi, Canadian J. Chem. Eng. 76, 589-599, 1998, M. Sato, J. Colloid Interface Sci. 156,504-507, 1993; ver también US Patent number 5,762,775, by D.W. DePaolli, C. Tsouris, J.Q. Feng y US Patent 4,508,265 by M. Jido. Esta situación, en la que se producen fenómenos electrohidrodinámicos variados, es también incompatible con la formación de una estructura cono-chorro estable y estacionaria como la que aquí se reivindica.The previous results refer to the dispersion of liquids in a vacuum or in a gaseous atmosphere but not at situations in which the dispersion process takes place in the sine of other liquid. L. Oddershede & S.R. Nagel, Phys. Rev. Lett. 85, 1234-1237, 2000, have studied experimentally the development of the cusp that forms in the interphase of two immiscible liquids when a field is applied Electric large enough. In any case, in this work is neither investigated nor established, therefore, necessary conditions to form a stationary electrospray and stable, in cone-jet mode, of a liquid in The bosom of another. The electroatomization of a liquid within another in the drip regime (microdripping) has been considered applying pulsed electric fields, C. Tsouris, S.H. Neal, V.M. Shah, M.A. Spurrier, and M.K. Lee, Chemical Eng. Comm. 160, 175-197, 1997. The application of electric fields does not Stationary variable intensity is incompatible with the mode cone-stationary jet. Atomization electrostatic dielectric fluids (such as air or organic solvents) in relatively fluid fluids drivers (for example water) has been recently investigated, C. Tsouris, W.T. Shin and S. Yiacoumi, Canadian J. Chem. Eng. 76, 589-599, 1998, M. Sato, J. Colloid Interface Sci. 156,504-507, 1993; see also US Patent number 5,762,775, by D.W. DePaolli, C. Tsouris, J.Q. Feng and US Patent 4,508,265 by M. Jido. This situation, in which they occur varied electrohydrodynamic phenomena, it is also incompatible with the formation of a cone-jet structure stable and stationary like the one claimed here.

Finalmente, la dispersión de un líquido conductor en otro dieléctrico aplicando campos eléctricos pulsados ha sido considerada en las patentes siguientes: US Patent 5,503,372, by W.G. Sisson,, M.T. Harris, T.C. Scott y O.A. Basaran; US Patent 5,738,821 by W.G. Sisson, O.A. Basaran y M.T. Harris; US Patent 5,759,228 by by W.G. Sisson,, M.T. Harris, T.C. Scott y O.A. Basaran. La aplicación de un campo eléctrico pulsado es naturalmente incompatible con la obtención de la estructura cono chorro, estable y estacionaria, que aquí se reivindica y que resulta en un hidrosol monodisperso de gotas cargadas.Finally, the dispersion of a conductive liquid in another dielectric applying pulsed electric fields has been considered in the following patents: US Patent 5,503,372, by W.G. Sisson ,, M.T. Harris, T.C. Scott and O.A. They will base; US Patent 5,738,821 by W.G. Sisson, O.A. Basaran and M.T. Harris; US Patent 5,759,228 by by W.G. Sisson ,, M.T. Harris, T.C. Scott and O.A. They will base. The application of a pulsed electric field is naturally incompatible with obtaining the cone structure jet, stable and stationary, which is claimed here and that It results in a monodispersed hydrosol of charged drops.

Explicación de la invenciónExplanation of the invention.

La novedosa aportación de la presente invención radica en que la inyección de un líquido conductor, o suspensión líquida conductora, a través de una aguja electrificada sumergida en un baño de un líquido dieléctrico (y no en el seno de un gas, o en vacío) da lugar, para un rango apropiado de caudales y del campo eléctrico aplicado, a la formación del cono de Taylor estacionario y del chorro estacionario que emerge de su vértice con diámetros en el rango micro/nanométrico. La forma cónica característica del menisco es debida a un balance entre las fuerzas de tensión interfacial y las fuerzas eléctricas que actúan simultáneamente sobre la superficie del menisco. El movimiento del líquido es causado por el esfuerzo tangencial eléctrico que actúa sobre la superficie del menisco, y que impulsa el líquido conductor hacia la punta del cono de Taylor. En cierto punto, el equilibrio mecánico anteriormente descrito deja de satisfacerse, por lo que la superficie del menisco cambia de cónica a cilíndrica (cono-chorro). Las razones de esta pérdida de equilibrio pueden ser debidas, dependiendo del régimen de operación, a la importancia de la energía cinética del líquido o al valor finito de su conductividad eléctrica. El líquido eyectado, debido a fuerzas EHD, debe ser continuamente reemplazado mediante la inyección apropiada de líquido conductor a través de la aguja para poder conseguir un estado estacionario. La estabilidad de este estado puede caracterizarse mediante la monitorización de la corriente I transportada por el chorro y el hidrosol, que es recogido en el electrodo de referencia.The novel contribution of the present invention is that the injection of a conductive liquid, or suspension conductive liquid, through a submerged electrified needle in a bath of a dielectric liquid (and not within a gas, or empty) results in an appropriate range of flow rates and field electric applied, to the formation of the stationary Taylor cone and of the stationary jet that emerges from its vertex with diameters in The micro / nanometric range. The conical shape characteristic of Meniscus is due to a balance between tension forces interfacial and the electric forces acting simultaneously on the surface of the meniscus. The movement of the liquid is caused by the electrical tangential effort acting on the surface of the meniscus, and that drives the conductive liquid towards the Taylor cone tip. At some point, the mechanical balance described above is no longer satisfied, so the Meniscus surface changes from conical to cylindrical (cone-jet). The reasons for this loss of balance may be due, depending on the regime of operation, to the importance of the kinetic energy of the liquid or to finite value of its electrical conductivity. The ejected liquid, Due to EHD forces, it must be continuously replaced by proper injection of conductive fluid through the needle in order to achieve a steady state. The stability of This state can be characterized by monitoring the stream I carried by the jet and the hydrosol, which is collected at the reference electrode.

El chorro estacionario rompe aguas abajo por inestabilidades varicosas asociadas a la tensión superficial. La rotura del micro/nano chorro da lugar a un hidrosol de gotas o partículas de líquido conductor en el seno del dieléctrico, con tamaños muy uniformes. El líquido a inyectar que fluye por el capilar es inmiscible o pobremente miscible con el líquido dieléctrico. La conductividad eléctrica del líquido receptor debe ser lo suficientemente baja como para poder aplicar un campo eléctrico intenso entre el colector (electrodo) y el capilar. El chorro estacionario micro/nanométrico y altamente cargado que se emite desde el vértice del cono de Taylor rompe finalmente en un hidrosol de gotas, monodispersas, micro/nanométricas y altamente cargadas en el seno del líquido dieléctrico. El término chorro estacionario micro/nanométrico se refiere aquí a un chorro estacionario casi cilíndrico, cuyo diámetro varía entre los centenares de micras y unos pocos nanómetros. El término hidrosol de gotas monodispersas micro/nanométricas altamente cargadas se refiere a gotas, o partículas, con carga neta, formadas por el líquido inyectado en el seno del fluido receptor. El diámetro de dicha partícula puede variar entre los centenares de micras y unos pocos nanómetros.The stationary jet breaks downstream by varicose instabilities associated with surface tension. The micro / nano jet breakage results in a droplet hydrosol or conductive liquid particles within the dielectric, with very uniform sizes. The liquid to be injected flowing through the capillary is immiscible or poorly miscible with the liquid dielectric. The electrical conductivity of the receiving liquid must be low enough to apply a field Intense electrical between the collector (electrode) and the capillary. He micro / nanometric and highly charged stationary jet that emits from the apex of the Taylor cone finally breaks into a drops hydrosol, monodispersed, micro / nanometric and highly charged within the dielectric liquid. The term jet stationary micro / nanometric refers here to a jet almost cylindrical stationary, whose diameter varies between hundreds of microns and a few nanometers. The term hydrosol of highly charged micro / nanometric monodispersed drops are refers to drops, or particles, with net charge, formed by the liquid injected into the receiving fluid. The diameter of said particle can vary between hundreds of microns and about few nanometers

Una ventaja de esta invención reside en que las gotas, o partículas, resultantes de la rotura del chorro micro/
nanométrico poseen un tamaño uniforme, y que dicho tamaño puede controlarse, variando la conductividad eléctrica del líquido inyectado y las condiciones de operación, desde decenas de micras hasta unos pocos nanómetros.
An advantage of this invention is that the drops, or particles, resulting from the rupture of the micro / jet
They have a uniform size, and that size can be controlled by varying the electrical conductivity of the injected liquid and the operating conditions, from tens of microns to a few nanometers.

Otra ventaja del invento emana del hecho de que las gotas micro/nanométricas resultantes están cargadas. La carga de todas las gotas es siempre de igual signo, lo que evita, por repulsión culombiana, la coagulación de las mismas. Además, el campo eléctrico local actúa sobre la carga neta de cada gota, ayudando de forma muy eficiente a extraer las gotas del punto donde se producen, evitando también su coagulación. De otra forma, la resistencia que ofrece el líquido receptor al desplazamiento de gotas micro/nanométricas ocasionaría su acumulación en el punto donde se forman, produciéndose la coagulación de las mismas, y perdiéndose no solo la uniformidad del tamaño medio de las gotas, sino también el control sobre el tamaño de las gotas resultantes.Another advantage of the invention stems from the fact that The resulting micro / nanometric drops are loaded. Load of all the drops is always of the same sign, which avoids, by Culombian repulsion, the coagulation of them. In addition, the local electric field acts on the net charge of each drop, helping very efficiently to extract the drops from the point where they occur, also preventing coagulation. Otherwise, the resistance offered by the receiving liquid to the displacement of micro / nanometric drops would cause its accumulation at the point where they form, producing coagulation of them, and missing not only the uniformity of the average size of the drops, but also control over the size of the drops resulting.

Otra ventaja importante de la presente invención radica en el hecho de que el control de la fase dispersa necesario para su post-procesado es mucho más versátil y fácil de implementar (pH, temperatura, ultrasonidos, etc.) si la fase continua es líquida, en lugar de gaseosa.Another important advantage of the present invention lies in the fact that the control of the dispersed phase necessary for its post-processing it is much more versatile and easy to implement (pH, temperature, ultrasound, etc.) if the Continuous phase is liquid, instead of soda.

Breve descripción de las figurasBrief description of the figures

Figura 1 representa un esquema del dispositivo empleado para producir chorros líquidos estacionarios de tamaños micro y nanométrico en el seno de un líquido dieléctrico.Figure 1 represents a scheme of the device used to produce stationary liquid jets of sizes micro and nanometric within a dielectric liquid.

Figura 2 representa un esquema de un dispositivo con renovación del baño fluido empleando la presente invención.Figure 2 represents a scheme of a device with renewal of the fluid bath using the present invention.

Figura 3 es un gráfico donde se representan los valores de la corriente emitida a través del chorro como función de la raíz cuadrada del caudal de líquido conductor dispersado.Figure 3 is a graph where the values of the current emitted through the jet as a function of the square root of the dispersed conductive fluid flow.

Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention

La presente invención tiene por objeto la descripción del dispositivo y del procedimiento para producir chorros líquidos estacionarios y gotas de tamaño micro y nanométrico en el seno de otro líquido, inmiscible o pobremente miscible con el anterior, y de baja conductividad eléctrica (dieléctrico).The present invention aims at the description of the device and the procedure to produce stationary liquid jets and micro-sized drops and nanometric inside another liquid, immiscible or poorly miscible with the previous one, and of low electrical conductivity (dielectric).

Tal como se muestra en la figura 1, el dispositivo consta de una punta de alimentación 1 de un líquido conductor, o suspensión líquida conductora, 2, tal que por la punta de alimentación 1 fluye un caudal Q del líquido 2. Dicha punta de alimentación 1 está conectada a un potencial eléctrico V, a través de una fuente de potencial eléctrico 3, respecto a un electrodo de referencia 4, y dispuesta de forma que un líquido dieléctrico 5 rodea a la punta de alimentación 1. El electrodo de referencia 4, que puede tener formas geométricas variadas; (por ejemplo anillo o placa conductora), se encuentra inmerso en el líquido 5 y enfrentado a la punta de alimentación 1. Además, el líquido 2 que circula por la punta de alimentación 1 es inmiscible o pobremente miscible con el líquido 5. A la salida de la punta de alimentación 1 se forma un menisco capilar electrificado con una forma sensiblemente cónica 6 y de cuyo vértice se emite un chorro capilar estacionario 7 de líquido 2, de tal forma que el líquido 5 rodea al líquido 2. Además el chorro capilar 7 tiene un diámetro que está comprendido en un rango entre 500 micras y 15 nanómetros. El diámetro del chorro capilar 7 es sensiblemente menor que la longitud característica del menisco electrificado 6 del que emana. Debido a inestabilidades varicosas, el chorro 7 rompe en un hidrosol de gotas cargadas 8, con tamaños medios sensiblemente uniformes, comprendidos en un rango que varía entre 500 micras y 15 nanómetros.As shown in Figure 1, the device consists of a feeding tip 1 of a liquid conductive, or conductive liquid suspension, 2, such that by the tip of supply 1 flows a flow rate Q of the liquid 2. Said tip of power 1 is connected to an electric potential V, through of a source of electrical potential 3, with respect to an electrode of reference 4, and arranged so that a dielectric liquid 5 surrounds the feeding tip 1. The reference electrode 4, which can have varied geometric shapes; (for example ring or conductive plate), is immersed in liquid 5 and facing the feed tip 1. In addition, the liquid 2 that circulates through feed tip 1 is immiscible or poorly miscible with liquid 5. At the outlet of the feeding tip 1 an electrified capillary meniscus is formed with a shape substantially conical 6 and from whose apex a capillary stream is emitted stationary 7 of liquid 2, such that liquid 5 surrounds the liquid 2. In addition the capillary jet 7 has a diameter that is in a range between 500 microns and 15 nanometers. He diameter of the capillary stream 7 is substantially smaller than the characteristic length of the electrified meniscus 6 from which it emanates. Due to varicose instabilities, jet 7 breaks into a 8 drops charged hydrosol, with significantly average sizes uniforms, in a range that varies between 500 microns and 15 nanometers

La punta de alimentación 1 del dispositivo ha de tener un diámetro comprendido entre 0,01 mm y 5 mm.The feeding tip 1 of the device must have a diameter between 0.01 mm and 5 mm.

El caudal de alimentación del líquido 2 que fluye por la punta de alimentación 1 está comprendido entre 10^{-15} m^{3}/s y 10^{-7} m^{3}/s.The feed rate of the flowing liquid 2 by the feeding tip 1 is between 10-15 m 3 / s and 10-7 m 3 / s.

Cuando la distancia entre la punta de alimentación 1 y el electrodo de referencia 4 está comprendida entre 0,01 mm y 50 cm, el potencial eléctrico aplicado ha de estar comprendido entre 10V y 100KV.When the distance between the tip of supply 1 and reference electrode 4 is comprised between 0.01 mm and 50 cm, the applied electrical potential must be between 10V and 100KV.

Así, el dispositivo objeto de la invención consta de:Thus, the device object of the invention consists of from:

a) una punta de alimentación 1 por la cual fluye un caudal Q de un líquido 2 y conectada a un potencial eléctrico V.a) a feeding tip 1 through which it flows a flow rate Q of a liquid 2 and connected to an electrical potential V.

b) Un baño de líquido 5 dispuesto de tal forma que la punta de alimentación 1 está rodeada por el líquido 5 y el potencial V es un valor diferencial respecto a un electrodo 4, inmerso también en el líquido 5, y conectado a una fuente de potencial 3. Los líquidos 2 y 5 son inmiscibles o pobremente miscibles. En la salida de la punta de alimentación 1 se forma un menisco capilar electrificado de forma sensiblemente cónica 6 y de su vértice se emite un chorro capilar estacionario 7 de líquido 2, de forma que el líquido 5 rodea completamente al líquido 2. Dicho chorro capilar 7 tiene un diámetro comprendido entre 500 micras y 15 nanómetros que es menor que el diámetro característico del menisco líquido electrificado 6 del que emana.b) A liquid bath 5 arranged in such a way that the feeding tip 1 is surrounded by the liquid 5 and the potential V is a differential value with respect to an electrode 4, also immersed in liquid 5, and connected to a source of potential 3. Liquids 2 and 5 are immiscible or poorly miscible. At the outlet of the feeding tip 1 a electrically capillary meniscus of substantially conical shape 6 and of its apex emits a stationary capillary jet 7 of liquid 2, so that liquid 5 completely surrounds liquid 2. Said capillary jet 7 has a diameter between 500 microns and 15 nanometers that is smaller than the characteristic diameter of the electrified liquid meniscus 6 from which it emanates.

Es objeto de la presente invención el hidrosol 8 formado espontáneamente por la rotura del chorro capilar estacionario 7 que se forma utilizando el dispositivo y procedimiento mencionados.The object of the present invention is hydrosol 8 formed spontaneously by the rupture of the hair jet stationary 7 that is formed using the device and mentioned procedure.

Por último, es también objeto de la presente invención el procedimiento descrito para la generación de chorros e hidrosoles cuando en lugar de un sólido conductor 4 se utiliza un líquido conductor, por ejemplo mercurio, localizado en la parte inferior del baño y conectado a tierra.Finally, it is also the subject of this invention the procedure described for the generation of jets e hydrosols when instead of a solid conductor 4 a conductive liquid, for example mercury, located in the part Bottom of the bathroom and grounded.

Una posible configuración para el funcionamiento en continuo se muestra en la Figura 2 en donde el baño dieléctrico 5 se renueva continuamente evacuando un caudal apropiado mediante la bomba 14 a un depósito exterior 11 donde se recolecta la emulsión 16. El mismo caudal de líquido dieléctrico purificado 5 se bombea desde otro depósito 10, mediante la bomba 15, al baño 9.A possible configuration for operation continuously shown in Figure 2 where the dielectric bath 5 is continually renewed by evacuating an appropriate flow rate by the pump 14 to an outer tank 11 where the emulsion 16. The same flow rate of purified dielectric liquid 5 is pumped from another tank 10, by pump 15, to bath 9.

Ejemplo 1Example 1

El aparato básico utilizado en este ejemplo consiste en: (1) un medio para suministrar un primer líquido 2 consistente en un tubo metálico 1 de 0.8 mm de diámetro exterior y 0.4 mm de diámetro interior. En este ejemplo, el líquido 2 era un foto-polímero de DuPont, denominado SOMOS 6120; (2) una vasija 9 para contener un volumen de un segundo líquido 5, inmiscible con el líquido 2, y de baja conductividad eléctrica; en este caso se ha usado heptano. El extremo del tubo 1 está inmerso en el líquido 5; (3) un electrodo de referencia 4, como por ejemplo una placa o anillo metálico, situado enfrente del extremo de 1 e inmerso en el líquido 5. El extremo de 1 y el electrodo de referencia 4 distaban 1 cm; (4) una fuente de alto voltaje 3, con uno de los polos conectado a 1 y el otro conectado al electrodo de referencia 4. La diferencia de potencial aplicada fue en este caso de 2 KV.The basic device used in this example It consists of: (1) a means for supplying a first liquid 2 consisting of a metal tube 1 of 0.8 mm outside diameter and 0.4 mm inside diameter. In this example, liquid 2 was a DuPont photo-polymer, called SOMOS 6120; (2) a vessel 9 to contain a volume of a second liquid 5, immiscible with liquid 2, and of low electrical conductivity; in This case heptane has been used. The end of tube 1 is immersed in liquid 5; (3) a reference electrode 4, such as a metal plate or ring, located opposite the end of 1 e immersed in the liquid 5. The end of 1 and the electrode of reference 4 was 1 cm away; (4) a high voltage source 3, with one of the poles connected to 1 and the other connected to the electrode of reference 4. The potential difference applied was in this case of 2 KV.

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A modo ilustrativo en la Tabla I se dan valores experimentales de la intensidad de corriente transportada por el chorro como función del caudal eyectado.For illustrative purposes, Table I gives values experimental current intensity carried by the jet as a function of ejected flow.

TABLA ITABLE I

Q (m^{3}/s)Q (m 3 / s) 1.1 x10^{-11}1.1 x10 <-1> 2.7x10^{-11}2.7x10 <-1> 5.4x10^{-11}5.4x10 <-1> 1.4x10^{-11}1.4x10 <-1> 2.7x10^{-10}2.7x10 <10> 4.2x10^{-10}4.2x10 <10> 5.4x10^{-10}5.4x10 <10> I (nA)I (nA) 5.35.3 8.58.5 1010 14.814.8 21twenty-one 2525 28.728.7

Estos datos se recogen en la Figura 3 donde se representa en el eje de ordenadas la corriente emitida y en el de abcisas, la raíz cuadrada de los valores del caudal dispersado. Los datos experimentales así representados siguen muy aproximadamente la ley experimental I\simQ^{1/2}, que es común a todo electrospray en el modo cono-chorro estacionario. Al igual que en electrosprays en atmósfera gaseosa o vacío, nuestros experimentos en atmósferas líquidas dieléctricas indican que la obtención del modo cono-chorro estacionario requiere operar con caudales comprendidos entre dos valores. Uno inferior, que corresponde al mínimo eyectable desde una punta líquida y otro superior que viene fijado por la máxima densidad de carga compatible con la existencia de un chorro estacionario.These data are collected in Figure 3 where represents the emitted current on the ordinate axis and on the abscissa, the square root of the values of the dispersed flow. The experimental data so represented follow very roughly the experimental law I \ simQ ^ 1/2, which is common to all electrospray in stationary jet-cone mode. To the As in electrosprays in a gaseous or empty atmosphere, our experiments in dielectric liquid atmospheres indicate that the obtaining the cone-jet mode requires  operate with flows between two values. Lower one, which corresponds to the minimum ejectable from one liquid tip and another higher that is fixed by the maximum load density compatible with the existence of a stationary jet.

Claims (12)

1. Dispositivo para producir electrosprays de líquidos conductores en el seno de líquidos dieléctricos caracterizado porque el dispositivo consiste en una punta de alimentación por la que fluye un caudal Q de un líquido conductor 2. La punta de alimentación, inmersa en un líquido dieléctrico 5, está conectada a un potencial eléctrico V respecto a un electrodo de referencia inmerso en el líquido dieléctrico 5, inmiscible o pobremente miscible con el líquido conductor 2. Para valores apropiados de Q y V se forma a la salida de la punta de alimentación un menisco capilar electrificado con una forma sensiblemente cónica y de cuyo vértice se emite un micro/nano chorro estacionario y tal que dicho micro/nano chorro capilar tiene un diámetro comprendido entre 500 micras y 15 nanómetros que es sensiblemente menor que la longitud característica del menisco líquido electrificado del cual emana.1. Device for producing electrosprays of conductive liquids within dielectric liquids characterized in that the device consists of a feed tip through which a flow Q of a conductive liquid flows 2. The feed tip, immersed in a dielectric liquid 5, it is connected to an electrical potential V with respect to a reference electrode immersed in the dielectric liquid 5, immiscible or poorly miscible with the conductive liquid 2. For appropriate values of Q and V a capillary meniscus is formed at the outlet of the feeding tip electrified with a substantially conical shape and whose apex emits a stationary micro / nano jet and such that said micro / nano capillary jet has a diameter between 500 microns and 15 nanometers that is substantially smaller than the characteristic length of the electrified liquid meniscus of the which emanates 2. Dispositivo para producir electrosprays de líquidos conductores en el seno de líquidos dieléctricos según la reivindicación 1, caracterizado porque la punta de alimentación tiene un diámetro comprendido entre 0,01 mm y 5 mm.2. Device for producing electrosprays of conductive liquids within dielectric liquids according to claim 1, characterized in that the feeding tip has a diameter between 0.01 mm and 5 mm. 3. Dispositivo para producir electrosprays de líquidos conductores en el seno de líquidos dieléctricos según la reivindicación 2, caracterizado porque el caudal de alimentación Q que fluye por la punta de alimentación está comprendido entre 10^{-15} m^{3}/s y 10^{-7} m^{3}/s.3. Device for producing electrosprays of conductive liquids within dielectric liquids according to claim 2, characterized in that the feed rate Q flowing through the feed tip is between 10-15 m3 / s 10-7 m3 / s. 4. Dispositivo para producir electrosprays de líquidos conductores en el seno de líquidos dieléctricos según la reivindicación 3, caracterizado porque para una distancia entre la punta de alimentación y el electrodo de referencia comprendida entre 0,01 mm y 50 cm, el potencial eléctrico aplicado V está comprendido entre 10V y 100KV.4. Device for producing electrosprays of conductive liquids within dielectric liquids according to claim 3, characterized in that for a distance between the supply tip and the reference electrode between 0.01 mm and 50 cm, the applied electrical potential V It is between 10V and 100KV. 5. Dispositivos para producir electrosprays de líquidos conductores en el seno de líquidos dieléctricos según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el electrodo de referencia es un líquido conductor inmiscible con el líquido dieléctrico 5 y con el líquido dispersado 2.5. Devices for producing electrosprays of conductive liquids within dielectric liquids according to any of claims 1 to 4, characterized in that the reference electrode is a conductive liquid immiscible with the dielectric liquid 5 and with the dispersed liquid 2. 6. Dispositivo para producir emulsiones multicomponentes de líquidos conductores en el seno de líquidos dieléctricos caracterizado porque el dispositivo consiste en al menos 2 puntas de alimentación por las que fluyen caudales Qi de al menos 2 líquidos conductores inmiscibles entre sí. Las puntas de alimentación, inmersas en un líquido dieléctrico 5 inmiscibles a su vez con los líquidos conductores, están conectadas a potenciales Vi respecto a un electrodo de referencia inmerso en el líquido inmiscible. Para valores apropiados de Qi y Vi, se forma a la salida de cada punta de alimentación un menisco cónico de cuyo vértice se emite un chorro que rompe en gotas dando lugar a la emulsión multicomponente.6. Device for producing multicomponent emulsions of conductive liquids within dielectric liquids characterized in that the device consists of at least 2 feeding tips through which flows Qi of at least 2 immiscible conductive liquids flow into each other. The supply tips, immersed in a dielectric liquid 5 immiscible in turn with the conductive liquids, are connected to potential Vi with respect to a reference electrode immersed in the immiscible liquid. For appropriate values of Qi and Vi, at the exit of each feeding tip a conical meniscus is formed from whose apex a jet that breaks into drops is emitted giving rise to the multi-component emulsion. 7. Dispositivo para producir emulsiones multicomponentes de líquidos conductores en el seno de líquidos dieléctricos según reivindicación 6 caracterizado porque las puntas de alimentación tienen diámetros comprendidos entre 0,01 mm y 5 mm.7. Device for producing multicomponent emulsions of conductive liquids within dielectric liquids according to claim 6 characterized in that the feeding tips have diameters between 0.01 mm and 5 mm. 8. Dispositivo para producir emulsiones multicomponentes de líquidos conductores en el seno de líquidos dieléctricos según la reivindicación 7, caracterizado porque los caudales de alimentación Qi que fluyen por las puntas de alimentación están comprendidos entre 10^{-15} m^{3}/s y 10^{-7} m^{3}/s.8. Device for producing multicomponent emulsions of conductive liquids within dielectric liquids according to claim 7, characterized in that the flow rates Qi flowing through the feed tips are comprised between 10-15 m3 / s and 10-7 m3 / s. 9. Dispositivo para producir emulsiones multicomponentes de líquidos conductores en el seno de líquidos dieléctricos según la reivindicación 8, caracterizado porque para distancias entre las puntas de alimentación y el electrodo de referencia comprendidas entre 0,01 mm y 50 cm, el potencial eléctrico aplicado Vi está comprendido entre 10 V y 100 KV.9. Device for producing multicomponent emulsions of conductive liquids within dielectric liquids according to claim 8, characterized in that for distances between the supply tips and the reference electrode between 0.01 mm and 50 cm, the applied electric potential Vi It is between 10 V and 100 KV. 10. Dispositivo para producir emulsiones multicomponentes de líquidos conductores en el seno de líquidos dieléctricos según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, caracterizado porque el electrodo de referencia es un líquido conductor inmiscible con el líquido dieléctrico 5 y con los líquidos conductores dispersados.10. Device for producing multicomponent emulsions of conductive liquids within dielectric liquids according to any of claims 6 to 9, characterized in that the reference electrode is a conductive liquid immiscible with the dielectric liquid 5 and with the dispersed conductive liquids. 11. Procedimiento para producir electrosprays de líquidos conductores en el seno de líquidos dieléctricos según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 caracterizado por hacer fluir un caudal Q de un líquido conductor 2 por la punta de alimentación, inmersa en el líquido dieléctrico 5 inmiscible con el líquido conductor 2 y conectada a un potencial V respecto a un electrodo de referencia, y obteniéndose a la salida de la punta de alimentación un menisco capilar electrificado con una forma sensiblemente cónica y de cuyo vértice se emite un micro/nano chorro capilar estacionario del líquido conductor 2, de tal forma que el líquido dieléctrico 5 rodea completamente al líquido conductor y tal que dicho chorro capilar tiene un diámetro comprendido entre 500 micras y 15 nanómetros que es menor que el diámetro característico del menisco líquido electrificado del cual emana, produciéndose espontáneamente la ruptura del micro/nano chorro dando lugar a la formación de partículas del líquido conductor de tamaño comprendido entre 500 micras y 15 nanómetros.11. Method for producing electrosprays of conductive liquids within dielectric liquids according to any of claims 1 to 5 characterized by flowing a flow Q of a conductive liquid 2 through the feed tip, immersed in the dielectric liquid 5 immiscible with the conductive liquid 2 and connected to a potential V with respect to a reference electrode, and an electrified capillary meniscus having a substantially conical shape and whose apex emits a stationary micro / nano capillary liquid jet is emitted at the outlet of the feed tip conductor 2, such that the dielectric liquid 5 completely surrounds the conductive liquid and such that said capillary stream has a diameter between 500 microns and 15 nanometers that is smaller than the characteristic diameter of the electrified liquid meniscus from which it emanates, spontaneously producing the rupture of the micro / nano jet leading to the formation of p articles of the conductive liquid of size between 500 microns and 15 nanometers. 12. Procedimiento para producir emulsiones multicomponentes de líquidos conductores en el seno de líquidos dieléctricos según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10 caracterizado por hacer fluir caudales Qi de líquidos conductores por al menos 2 puntas de alimentación, inmersas en el líquido dieléctrico 5 inmiscible con los líquidos conductores y conectadas a un potencial Vi respecto a un electrodo de referencia, obteniéndose a la salida de cada punta de alimentación un menisco capilar electrificado con una forma sensiblemente cónica y de cuyo vértice se emite un micro/nano chorro capilar estacionario de cada uno de los líquidos conductores, de tal forma que el líquido dieléctrico 5 rodea completamente a los líquidos conductores y tal que dichos chorros capilares tienen un diámetro comprendido entre 500 micras y 15 nanómetros que es menor que el diámetro característico del menisco líquido electrificado del cual emana, produciéndose espontáneamente un chorro que rompe en gotas dando lugar a la emulsión multicomponente.12. Method for producing multicomponent emulsions of conductive liquids within dielectric liquids according to any of claims 6 to 10 characterized by flowing Qi flows of conductive liquids through at least 2 feed points, immersed in the dielectric liquid immiscible with conductive liquids and connected to a potential Vi with respect to a reference electrode, obtaining at the exit of each feeding tip an electrified capillary meniscus with a substantially conical shape and from whose apex a stationary micro / nano capillary jet is emitted from each of the conductive liquids, such that the dielectric liquid 5 completely surrounds the conductive liquids and such that said capillary jets have a diameter between 500 microns and 15 nanometers that is smaller than the characteristic diameter of the electrified liquid meniscus from which it emanates, producing spontaneously a stream that It is broken into drops giving rise to the multi-component emulsion.
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