KR20100021609A

KR20100021609A - 정전 스프레이 장치 및 정전 스프레이 방법

Info

Publication number: KR20100021609A
Application number: KR1020097026237A
Authority: KR
Inventors: 존 피. 더블유. 스타크; 매튜 에스. 알렉산더; 마크 디. 페인; 케이트 엘. 스미쓰
Original assignee: 퀸 메리 앤드 웨스트필드 컬리지
Priority date: 2007-05-17
Filing date: 2008-05-19
Publication date: 2010-02-25
Also published as: GB0710879D0; HK1142213A1; US9211551B2; GB0709517D0; CN101678373A; TW200911380A; EP2162228A1; US20100155496A1; ES2385803T3; WO2008142393A1; JP2010530795A; ATE550105T1; EP2162228B1

Abstract

액체의 제어된 체적을 펄스들로 분배하기 위한 정전 스프레이 장치(1) 및 정전 스프레이 방법이 제공되는바, 그것은 액체가 스프레이되어 나올 수 있는 스프레이 영역(29)을 구비한 방사기(2), 및 액체 안으로 전하를 주입하는 수단을 이용하는바, 이로써 사용시에 액체(3)는 정전기력에 의하여 스프레이 영역으로 전달되고, 전하들이 주입되는 중에 정전 스프레이가 하나 이상의 펄스들로 일어난다. 전하들은 시간-변화의 또는 일정하고 제로가 아닌 전기장에 의하여 주입될 수 있는데, 이로써 문턱값을 초과하는 경우에 전기 스프레이가 일어난다.

Description

정전 스프레이 장치 및 정전 스프레이 방법{An electrostatic spraying device and a method of electrostatic spraying}

본 발명은 정전 스프레이 장치 및 정전 스프레이 방법에 관한 것이다.

종래의 정전 분무화(electrostatic atomisation) 또는 전기 스프레이(electrospray) 기술들에서는, 통상적으로 10^-8 S/m 보다 큰 도전율(conductivity)을 갖는 전해액(electrolytic liquid)의 표면이 통상적으로 대략 10⁶ V/m 정도로 인가된 전기장(electric field)에 의하여 전하부여(charge)된다. 유체 표면에서의 정전기력(electrostatic force)이 액체의 표면장력을 극복하는 때에 스프레이가 일어난다. 가장 안정적인 스프레이 방안은 콘-제트 모드(cone-jet mode)의 것인데, 여기에서는 정전기력과 표면 장력 간의 균형이 테일러 콘(Taylor cone)을 형성하고, 그것의 정점으로부터 액체 제트가 방사(emission)된다. 이 안정적인 콘-제트는 특정 범위의 액체 유량(liquid flow rate)과 인가 전압(applied voltage) 내에서만 일어난다. 그 전압 및/또는 유량이 안정적인 콘-제트를 위해 필요한 것보다 낮은 때에는, 다른 스프레이 형태가 일어나는데, 여기에는 드립핑(dripping), 전기드립핑(electrodripping), 및 스핀들(spindle) 모드(mode)가 포 함된다.

국제 저널인 질량 분석 및 이온 공정(Int. J. Mass Spectrom. Ion processes) 1994,136,167-180 에 기술된 바와 같이, 전기 스프레이 이온화 질량 분석법(electrospray ionisation mass spectrometry)에 흔히 이용되는 특정의 전기 스프레이 방법은, 나노 전기 스프레이로서 알려져 있다. 나노 전기 스프레이의 특성은, 유량이 인가 전압 및 튜브의 기하형태, 특히 출구 직경에 의하여 통제될 수 있다는 것이다. 이것은, 저장부로부터 출구로 액체를 강제하기 위하여 펌프 또는 밸브를 이용할 필요없이 전기 스프레이가 이루어질 수 있다는 장점을 갖는다. 이 방법을 이용하여 작은 체적의 유체를 제어가능하게 배출 또는 침적(deposit)시키는 능력은, 다양한 범위의 액체로 표면을 패턴화시키기 위한 촉망되는 기술로서, 저널. 에어로졸 과학.(J. Aerosol Sci.) 2007,38,315-324 에서 확인되었다.

10^-8 S/m 보다 낮은 도전율을 갖는 절연성 유체(insulating fluid)의 정전 스프레이에 있어서, 본래의 도전율은, 위에서 기술된 높은 도전율의 유체에 있어서 관찰되는 통상적인 전기 스프레이 거동의 것과 유사한 방식으로 인가 전압 하에서 충분히 큰 표면 전하(surface charge)를 생성시키기에 충분하지 않다. 그러나, 유체 내에 잠기는 전극으로서 예를 들어 뾰족한 바늘을 이용하는 특정의 전극 기하형태가 이용된다면, 절연성 유체 내로 전하들을 주입하여서 그 액체가 스프레이와 제트 작용을 할 수 있도록 하는 것이 가능한 것으로 나타났는데, 이것은 응용 물리 저널(J. Appl . Phys.) 1976,47,5,1964-1969 에 기술된 바와 같다. 이와 같은 방 식으로, 종래의 전기 스프레이에서 관찰된 것과 유사한 모드로 유전성 액체를 스프레이하기에 충분한 표면 전하를 형성하는 것이 가능하다. 전하 주입의 메카니즘은 고전압 전력 공급에 국한되지 않고, 마찰전기식으로 발생된 전하와 압전식 장치를 포함하는데, 이에만 국한되는 것도 아니다.

응용 물리 저널(J. Appl. Phys.) 1998,64,4278-4284 으로부터, 절연성 유체에 관하여, 전압이 안정적인 콘-제트 형태 모드를 형성하기에 필요한 것보다 낮은 때에는 액체 요철부(meniscus)가 준-안정적 콘-제트와 변형된 드롭(drop) 사이에서 진동을 겪을 수 있다는 것도 알려져 있다. 이것은 액체 표면으로부터의 유체 드롭릿(fluid droplet)들의 간헐적인 방사를 갖는 펄스형태의 스프레이로 귀결된다. 펄스의 생성은 일정한 유체 유량을 필요로 하는데, 이것은 가압된 유체 또는 펌프에 의하여 제공된다.

다른 알려진 정전 분무화 또는 전기 스프레이 기술들에 있어서는, 전압 또는 전하부여 전류가 스프레이될 액체에 가해지면서 전기 스프레이가 지속적으로 일어난다. 그러므로, 전기 스프레이될 수 있는 액체의 체적 제어는 상대적으로 제한되는데, 왜냐하면 전압 또는 전하부여 전류(charging current)가 인가되는 시간에 있어서의 변화는 스프레이되는 액체이 체적에 직접적인 영향을 미치기 때문이다.

알려진 절연성 유체의 정전 스프레이 방법은, 스프레이를 시작 및 정지하기 위하여는 펌핑(pumping) 방법을 시작 및 정지해야 한다는 단점을 갖는다. 펌프의 시작과 정지를 정확히 제어하는 것은 가능하지 않다. 그러한 장치에서, 전기장 또는 전하부여 전류가 꺼지더라도, 그 펌프는 튜브 출구 또는 스프레이 영역으로 액 체를 전달하기를 계속할 것인데, 이것은 드립핑(dripping)을 초래한다. 이것은 액체 스프레이의 미세한 제어가 불가능하다는 것을 의미한다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 실질적으로 비도전성인 액체(non-conductive liquid)의 제어된 체적을 펄스(pulse) 형태로 배분하기 위한 정전 스프레이 장치(electrostatic spray apparatus)가 제공되는데, 이 장치는: 액체가 스프레이되어 나올 수 있는 스프레이 영역(spray area)을 갖는 방사기(emitter); 및 액체 내로 전하를 주입하기 위한 수단으로서, 사용시 그 전하 주입에 의한 정전기력에 의하여 액체가 스프레이 영역으로 전달되고, 전하가 주입되는 중에 정전 스프레이가 적어도 하나의 펄스들로 이루어지는, 전하 주입 수단;을 포함한다. 그 장치는 기계적 펌프 또는 액체를 가압하기 위한 임의의 다른 수단을 포함하지 않는 것이 바람직하다.

이것은, 정확하게 시작 및 정지될 수 있는, 스프레이되는 비도전성 액체 드롭릿들의 신뢰성있는 펄스들을 그 정전 스프레이 장치가 제공한다는 장점을 갖는다.

본 발명의 제2 형태에 따르면, 실질적으로 비도전성인 액체를 수용하고, 액체가 스프레이되어 나올 수 있는 스프레이 영역을 갖는, 방사기를 제공함; 및 액체 내로 전하를 주입함;을 포함하는 정전 스프레이 방법이 제공된다. 실질적으로 비도전성인 액체는, 바람직하게는 기계적 펌프 또는 액체를 가압하기 위한 수단을 이용하지 않고서, 정전기력에 의하여 스프레이 영역으로 전달된다. 전기장 강도 또는 전하부여 전류, 액체 점도, 및 전극 기하형태와 방사기 기하형태는, 전기장 또는 전하부여 전류가 인가되는 때에 정전 스프레이가 펄스 형태로 일어나도록 유발하게끔 선택된다.

액체 또는 유체 안으로는 양 또는 음의 전하가 주입될 수 있다.

선택적으로는, 테이퍼지거나 뾰족한 지점을 갖는, 예를 들어 금속 바늘 또는 핀과 같은 뾰족한 도전체가 전하를 상기 액체 또는 유체 안으로 주입하는 수단이다. 이것은 특히 비도전성 액체 또는 유체를 위한 전하 주입에 도움이 된다.

선택적으로는, 그 지점이 액체 안에 완전히 잠길 수 있다. 또한 그 지점은 방사기 안에 위치될 수 있다. 그러므로 그 지점은 방사기의 통공을 통하여 돌출되지 않는다. 방사기는 통공 또는 개구를 갖는 모세관 또는 공동일 수 있다. 또한 그 지점은 공동의 통공을 통하여, 즉 통공 앞으로 연장되지 않고서 공동 안에 위치될 수 있다. 이것은 전하 주입을 향상시켜서, 방사되는 드롭들 또는 펄스들의 규칙적인 성질과 신뢰성을 향상시키고, 제트 또는 드롭들이 더 작고 더 불규칙한 드롭릿들로 나뉘는 형상을 감소시킬 수 있다. 이것은 비도전성 액체 또는 유체에 관하여 특히 중요하다.

본 발명의 제3 형태에 따르면, 액체를 수용하는 방사기로서, 액체가 스프레이되어 나올 수 있는 스프레이 영역을 갖는, 방사기; 및 액체에 시간-변화의(time-varying) 전기장 또는 전화부여 전류를 인가하는 수단;을 포함하는, 전기 스프레이 장치가 제공되는바, 시간-변화의 전기장 또는 전하부여 전류의 강도가 문턱값 강도(threshold strength)보다 큰 때에, 전기장 또는 전하부여 전류가 인가되면서 전기 스프레이가 펄스 형태로 일어나고; 전기 스프레이가 일어나는 때에 액체는 정전기력에 의하여 스프레이 영역으로 이끌려 들어가며; 사용시, 시간-변화의 전기장 또는 전하부여 전류의 강도는 제로(zero)가 아니다.

이것은, 정전 스프레이 장치가 스프레이되는 액체 드롭릿들의 신뢰성있는 펄스들을 제공하여서, 정확하게 제어가능한 체적을 갖는 스프레이되는 액체를 형성하게 된다는 장점을 갖는다.

바람직하게는, 시간-변화의 전기장 또는 전하부여 전류의 강도는, 제1 시간 기간 동안에 하나 이상의 전기 스프레이 펄스들이 방사되고 또한 제2 시간 기간 동안에 하나 이상의 전기 스프레이 펄스들이 방사되도록 변화될 수 있는데, 여기에서 제1 시간 기간에 있어서의 펄스들의 방사 속도는 제2 시간 기간에 있어서의 펄스들의 방사 속도와 상이하다.

바람직하게는, 제1 시간 기간의 길이는 제2 시간 기간의 길이와 실질적으로 동일하다.

바람직하게는, 전기장 또는 전하부여 전류의 강도가 문턱값 강도를 초과하는 시간의 길이를 변화시키는 수단이 제공된다.

바람직하게는, 전기장 또는 전하부여 전류의 강도가 문턱값 강도를 초과하는 중에 실질적으로 일정하다.

본 발명의 제4 형태에 따르면, 액체를 수용하고, 액체가 스프레이되어 나갈 수 있는 스프레이 영역을 갖는, 방사기를 제공함; 방사기에 액체를 제공함; 및 액체에 시간-변화의 전기장 또는 전하부여 전류를 인가함;을 포함하는 전기 스프레이 방법이 제공되는데, 여기에서 시간-변화의 전기장 또는 전하부여 전류의 강도는, 전기장 또는 전하부여 전류가 문턱값 강도보다 큰 때에 전기 스프레이가 펄스 형태로 일어나도록 유발하고; 전기 스프레이가 일어나는 때에 액체는 정전기력에 의하여 스프레이 영역으로 끌려 들어가며; 사용시, 시간-변화의 전기장 또는 전하부여 전류의 강도는 제로가 아니다.

선택적으로는, 상기 방법은 도전성 트랙들을 제조하기 위하여 이용될 수 있다.

유리하게는, 시간-변화의 전기장 또는 전하부여 전류의 강도는, 제1 시간 기간 중에 적어도 하나의 전기 스프레이의 펄스들이 방사되고 또한 제2 시간 기간 중에 적어도 하나의 전기 스프레이의 펄스들이 방사되도록 변화되며, 제1 시간 기간 중의 펄스들의 방사 속도는 제2 시간 기간 중의 펄스들의 방사 속도와 상이하다.

선택적으로는, 상기 방법은 일정한 기간의 사이클에서 전기장 또는 전하부여 전류의 강도를 변화시킴을 포함하는데, 그 강도가 문턱값보다 큰 때의 듀티 사이클은 가변적이다.

이하에서는 하기의 도면들을 참조로 하여 본 발명의 실시예들이 설명될 것이다.

도 1 은 본 발명의 제1 형태에 따른 장치의 개략적 측면도이고;

도 2a 는 본 발명의 제1 형태에 따른 액체의 정전 스프레이 중에 있어서 당겨진 유리 노즐을 도시하는 측면도이고;

도 2b 는 본 발명의 제1 형태에 따른 액체의 정전 스프레이를 받은 후에 있어서의 기판을 도시하는 평면도이고;

도 3 은 본 발명의 제1 형태를 이용하는 노즐 기하형태 및 특정의 주입기 전극(injector electrode)에 관한, 인가 전압에 대한 드롭 방사 주파수의 의존성 그래프이고;

도 4 는 본 발명의 제1 형태에 따라 스프레이를 할 때에 상이한 노즐 치수들로 달성할 수 있는 드롭 방사 주파수 범위의 그래프이고;

도 5 는 본 발명의 제2 실시예에 따른 장치의 개략적 측면도이고;

도 6a, 도 6b, 및 도 6c 는 본 발명의 제3 실시예에 따른 장치의 개략적 측면도들이고;

도 7 은 본 발명의 제3 실시예에 따른 장치를 이용하여 생성된 액체의 정전 스프레이의 이미지이고;

도 8 은 본 발명의 제4 실시예에 따른 장치의 개략적 측면도이고;

도 9 는 본 발명의 제5 실시예에 따른 장치의 개략적 측면도이고;

도 10 은 본 발명의 제6 실시예에 따른 장치의 개략적 측면도이고;

도 11 은 본 발명의 제7 실시예에 따른 장치의 개략적 측면도이고;

도 12 는 본 발명의 제8 실시예에 따른 장치의 개략적 측면도이고;

도 13 은 동일한 노즐 방사기(emitter) 기하형태로부터, 인가되는 전기장 또는 전하부여 전류를 변화시킴에 의하여 얻을 수 있는, 방사된 드롭 체적의 변화를 도시하는 일련의 스프레이 드롭릿들을 도시하고;

도 14 는 본 발명의 제9 실시예에 따른 장치의 개략적 측면도이고;

도 1b 는 예시적으로서만 주어진 것으로서, 본 발명에 따른 제10 실시예의 개략적 측면도이고;

도 3a 및 도 3b 는 제1 모드에 있어서 시간에 대한 전류의 그래프들(전기 스프레이의 펄스들을 나타냄)을 도시하고;

도 15 는 제1 모드에 있어서 시간에 대한 전류의 그래프(전기 스프레이의 펄스들을 나타냄)를 도시하고;

도 16 은 제1 모드에 있어서 시간에 대한 전류의 그래프(전기 스프레이의 펄스들을 나타냄)를 도시하고;

도 17 은 제2 모드에 있어서 시간에 대한 전류의 그래프(전기 스프레이의 펄스들을 나타냄)를 도시하고;

도 7a, 도 7b, 및 도 7c 는 제3 모드에 있어서 시간에 대한 전류의 그래프(전기 스프레이의 펄스들을 나타냄)들을 도시하고;

도 18 에는 통합 전극(integrated electrode)을 갖는 본 발명의 제11 실시예가 도시되어 있고;

도 19 에는 종이 기판 상의 드롭 침적의 사진이 도시되어 있고;

도 20 에는 아세테이트 기판(acetate substrate) 상의 드롭 침적의 사진이 도시되어 있고;

도 21 에는 실리콘 기판 상의 드롭 침적의 사진이 도시되어 있다.

도 1 에는 정전 스프레이 장치(1)가 도시되어 있다. 방사기 튜브(emitter tube; 2)는 전기 스프레이 되는 액체(3)를 보유할 수 있다. 튜브(2)는 액체(3)가 스프레이되어 나올 수 있는 원형의 통공(aperture) 또는 개구(opening)(29)를 구비한다. 튜브(2)는 액체(3)를 위한 액체 저장부로서의 역할을 한다. 액체(3)는 도전율이 낮거나 또는 실질적으로 비도전성(non-conductive)인바, 즉 실질적으로 절연성인 액체이다. 대안적으로, 액체(3)는 도전성 액체일 수 있다. 그러나, 아래에서 제공되는 예는 실질적으로 비도전성인 액체를 이용한 것에 관하여 설명한다.

방사기 튜브(2)는 전기 스프레이되는 액체(3)를 보유할 수 있다. 튜브(2)는 액체(3)가 스프레이되어 나올 수 있는 통공(aperture) 또는 개구(opening)(29)를 구비한다. 통공은 원형인 것이 바람직하다. 튜브(2)는 액체(3)를 위한 액체 저장부로서의 역할을 한다. 액체(3)는 도전율이 낮거나 또는 실질적으로 비도전성인바, 즉 실질적으로 절연성인 액체이다.

실질적으로 비도전성인 액체는 10^-8 S/m 미만의 도전율을 갖는 것이 바람직하고, 10^-6 S/m 미만의 도전율을 가질 수 있다. 액체(3)는 유전성 액체일 수 있다. 실질적으로 비도전성이라는 것과 절연성이라는 것은, 10^-6 S/m 미만, 또는 선택에 따라서는 10^-8 S/m 미만의 낮은 도전율을 갖는 액체를 의미하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

바늘(4)의 형태를 갖는 전극은 스프레이 되는 액체(3)와 접촉한다. 바늘(4) 은 일 지점을 향하여 테이퍼진 첨단부(pointed end; 4a)를 갖는다. 첨단부(4a)는 튜브 내에 있는 개구(29)에 인접한다. 바늘(4)은 튜브(2)의 길이방향 축에 정렬되고, 첨단부(4a)는 개구(29)에 중심맞춰진다. 바늘(4)은 금속으로 만들어지는 것이 바람직하다. 첨단부(4a)는, 바늘(4)에 전압이 인가되는 때에, 액체(3) 안으로 양 또는 음의 전하를 방사할 수 있다. 그 전하들은 (음으로 전하부여된) 전자들이거나 또는 전자들을 포획하도록 된(양으로 전하부여된) 것일 수 있다. 액체(3) 안으로의 전하의 주입은 전하부여 전류(charging current)인 것으로 고려될 수 있다.

기판 전극(substrate electrode; 10)은 방사기 튜브(2)의 개구(29)로부터 적당한 거리, 전형적으로는 1mm 정도의 거리를 두고 배치된다. 기판 전극(10)은 2cm x 2cm 의 치수와 0.5cm의 두께를 갖는 고체의 사각형 블록인데, 이것은 방사기 튜브(2)의 길이방향 축과 정렬된다. 기판 전극(10)은 접지된다.

양 극성의 전압을 공급할 수 있는 고전압 전력 공급부(5)는 금속 전극(4)에 연결된다. 고전압 전력 공급부(5)는 액체에 일정한 전압(즉, 직류)를 제공할 수 있다. 제공되는 전압은 선택된 값으로 달라질 수 있다.

기판 전극(10) 의 상부에는 수집기 기판(collector substrate; 9)이 배치된다. 수집기 기판(9)은 방사기 튜브(2)로부터 펄스화된 전기 스프레이의 드롭릿들을 받는다.

컴퓨터화된 고정밀 병진 스테이지(high precision translation stage; 11)는 수집기 기판(9)과 기판 전극(10)을 지지하고, 전극(10)을 스프레이의 방향에 대해 직각으로 움직일 수 있다.

기판 표면은 입자들 또는 분자들의 미리 조립된 단층(monolayer)으로 코팅되고, 그리고/또는 입자들 또는 분자들의 미리 조립된 하위-단층(sub-monolayer)으로 코팅된다. 기판은 절연체, 반도체, 또는 도전체일 수 있다. 기판은 특히 실리콘일 수 있다.

방사기 튜브(2), 기판 전극(10), 및 수집기 기판(9)은 접지된 스테인레스 스틸 진공 챔버(stainless steel vacuum chamber) 안에 수용될 수 있는데, 이로써 주위 가스의 압력이 변화되는 것, 특히 감소되는 것을 가능하게 한다.

액체(3)는 개구(29)에서 요철부(meniscus)를 구비하고, 전기 스프레이 중에 진동(oscillating)한다. 요철부는 도 1 에 도시된 바와 같이 개구(29) 아래로 연장된 원추의 형태일 수 있다. 진동하는 액체 요철부 및 정전기적으로 생성된 드롭릿들은 고속 전하 결합 소자(charge coupled device; CCD) 카메라(7)에 의하여 관찰되고, 냉광원(cold light source; 6)에 의해 조명될 수 있다.

유체 내로 주입되는 전하의 양은, 액체를 통하는 전류를 측정하기 위하여 방사기 튜브(2)에 연결된 전류 모니터링 장치(12)에 의하여 측정될 수 있다.

정전 스프레이 장치(1)는 비강제적 시스템(unforced system)인데, 이것은 그 장치가 이용되는 때에 액체 저장부와 통공(29) 사이에 연결된 펌프 또는 밸브가 없다는 것을 의미한다. 저장부로부터의 액체 유동은 정전기력에 의하여만 유도된다. 정전기력은 유체 내에서 주입된 전하들, 및 자유 전하들로 인하여 유체 자체 내에 있는 전기장과 유체의 표면에 존재하는 전기장에 의하여 생성된다.

정전 스프레이 장치(1)는 액체(3)를 불연속적인 펄스(discrete pulse)들로 스프레이하도록 구성되는바, 액체(3)의 하나 이상의 펄스들은 바늘(4)에 전압이 인가되는 기간 내에 스프레이된다. 스프레이의 펄스들은, 장치(1)가 적절히 형태구성된 때에 자동적으로 발생하고, 인가 전압을 시작 및 정지함에 의하여 직접적으로 발생되지는 않는다.

펄스화된 스프레이가 발생하도록 하기 위하여, 액체 점도, 전극 및 방사기의 기하형태는, 최소의 안정적인 스프레이 유량에 가까운 유량에서 액체를 정전기적으로 펌핑하는데에 필요한 힘이 너무 크지 않도록 선택된다. 또한, 전기장 강도 또는 전하부여 전류는, 액체 점도, 전극 및 방사기의 기하형태에 기초하여 선택된다. 전기장 강도는, 일정한 코로나 방전(constant corona discharge) 없이 정전 스프레이가 펄스로 일어나도록 선택된다. 특정의 방사기 통공 직경 또는 수리적 저항(hydraulic resistance)에 있어서, 큰 점도를 갖는 액체를 위하여는, 전기장 강도 또는 주입되는 전하의 시간당 양이 높게 될 수 있다. 낮은 점도의 액체를 위하여는, 낮은 전하부여 전류가 이용될 수 있다. 작은 방사기 통공 직경을 위하여 또는 큰 수리적 저항을 위하여는, 전기장 강도 또는 주입되는 전하의 양이 특정의 점도에 대하여 높게 되거나, 또는 특정의 전기장 강도 또는 주입되는 전하부여 전류에 대하여 그 점도가 낮추어져야 한다. 이와 같은 관계는 기술된 실시예들 모두에 대해 적용될 수 있는 것이다.

많은 다양한 액체들이 정전 스프레이 장치(1) 내에서 이용될 수 있다. 실온(room temperature)에서의 도전성은 무시할 수 있는 정도로부터 최대 10^-6 S/m 까 지의 범위를 가질 수 있다. 액체 질소, 액체 암모니아, 액체 수소, 또는 액체 산호와 같은 낮은 도전율의 극저온 액체들도 이용될 수 있다. 1 x 10^-4 내지 100 Pa.s 의 점도가 이용될 수 있다.

정전 스프레이 장치(1)는, 기판 또는 칩들에 프린트하거나 또는 잉크를 스프레이 하기 위하여, 프린터와 같은 것으로서 이용될 수 있다.

정전 스프레이 장치(1)는, 액체 펄스들의 시작 및 정지가 매우 정확하게 제어될 수 있다는 특별한 장점을 갖는다. 이것은, 전하가 유체(3) 내로 주입되는 때에, 액체가 모세관(capillary) 출구로부터 밖으로만 유동하고 튜브(1)로부터 방사되기 때문이다.

전하는 수많은 방법들에 의하여 도전율이 낮거나 절연성인 유체 안으로 주입될 수 있는데, 여기에는 마찰전기식 전하부여 메카니즘 또는 압전식 전하 주입 장치에 의하여, 뾰족한 금속으로부터 고전압으로 주입하는 것이 포함되지만, 이에 국한되는 것은 아니다. 전하 주입 과정의 시작 및 정지는 매우 정확하게 제어될 수 있다.

이 다양한 전하부여 메카니즘은 기술되는 실시예들 중의 임의의 것을 위하여 이용될 수 있다.

일정한, 즉 펄스화되지 않은 전하부여 전류 또는 전기장이 인가되면서도, 배출되는 유체의 불연속적인 펄스들이 생성된다. 각 스프레이된 펄스에 있어서의 액체의 양은 전기장 또는 전하부여 전류가 인가되는 시간에 대해 독립적이다. 불연 속적인 펄스가 방사되어야 하는 때를 제어하기 위하여 일정한 전기장 또는 전하부여 전류가 스위치 온 및 오프될 수 있는데, 전기장 또는 전하부여 전류가 스위치 온된 때에는 장치(1)가 일련의 정전 스프레이 펄스들을 방사한다. 전기장 또는 전하부여 전류의 스위치 온 및 오프(switching on and off) 자체는 펄스을 직접적으로 유발하지 않는다. 그 장치는, 일정한 전기장 또는 전하부여 전류가 인가되는 때에 자동적으로 펄스를 발생시키는 모드(mode)에 있도록 구성된다. 정전 스프레이의 펄스들은 임의의 기계적인 제어 수단이나, 전기장 또는 전하부여 전류 제어 수단과 무관하게 형성된다. 이것은 매우 일관적이고 균일한 펄스들, 즉 정전기적으로 스프레이되는 유체의 드롭릿들을 제공한다.

정전 스프레이 장치(1)는, 각 스프레이 펄스가 불연속적인 제트(discrete jet)로서 발생한다는 장점도 갖는데, 각 제트는 적고 예상가능한 체적의 액체를 포함한다. 스프레이되는 표면과 튜브 간에 상대적인 움직임이 있다면, 그 표면은 일련의 불연속적인 점(dot)들을 받게 될 것인데, 그 점들은 서로 이격될 수 있다. 그 일련의 점들을 제공하는 것은, 프린팅 또는 다른 적용예에 있어서 유리할 수 있다. 바람직하게, 이것은 스프레이되는 표면의 움직임에 의하여 이루어지지만, 방사기의 움직임에 의하여 이루어질 수도 있다.

정전 스프레이 장치는 펄스화된 전기장 또는 전하부여 전류를 발생시킬 수 있다. 전기장 또는 전하부여 전류의 각 펄스는 스프레이된 유체의 하나 이상의 펄스들을 포함할 수 있다. 정전 스프레이 펄스는 전기장 또는 전하부여 전류 펄스의 시작에서 시작하지 않는 것이 일반적일 것이고, 전기장 또는 전하부여 전류 펄스가 종료되는 때에 종료되지 않는 것이 일반적일 것이다. 스프레이의 펄스들은 인가되는 전하부여 전류 또는 인가되는 전기장의 펄스 길이에 대해 독립적이다. 그러므로, 정전 스프레이 펄스(들)에 의해 방사되는 체적은 전기장 또는 전하부여 전류 펄스에서 발생하는 정전 스프레이 펄스의 갯수에 의존하고, 전기장 또는 전하부여 전류 펄스의 길이에 직접적으로 관련되지는 않는다. 이것은, 스프레이 펄스에 있어서 방사되는 액체의 양에 대한 영향없이, 전기장 또는 전하부여 전류 펄스의 길이에 있어서의 공차(tolerance)를 허용한다.

예를 들어, 일 정전 스프레이 펄스 체적과 동일한 체적을 반복적으로 스프레이하고자 한다면, 전기장 또는 전하부여 전류는 바늘(4)에 펄스로서 인가될 수 있다. 전기장 또는 전하부여 전류가 인가되는 중에, 정전 스프레이는 미리 정해진 주파수로 펄스로서 이루어질 수 있지만, 즉각적으로 시작하지는 않는 것이 일반적일 것이다. 즉, 그 장치는 전기장 또는 전하부여 전류가 켜지자 마자 자동적으로 스프레이하지는 않을 것이다. 전기장 또는 전하부여 전류의 각 펄스를 위한 켜짐 시간(on time)은, 일 스프레이 펄스가 방사되는 것을 허용하기에 충분히 길면서도 두 개의(또는 필요한 수의) 정전 스프레이 펄스가 방사되는 것을 방지하기에 충분하도록 짧아야 한다. 전기장 또는 전하부여 전류가 인가되지 않는 때에는, 기판 상의 다른 위치에 순차적인 스프레이 펄스들을 적용하기 위하여, 전극 및/또는 기판이 움직여질 수 있다. 전기장 또는 전하부여 전류가 추가적인 펄스를 방지하도록 감소되기 전에, 임의의 수의 액체 펄스들이 스프레이될 수 있다. 전하부여 전류를 증가시키는 것은, 펄스의 주파수를 증가시켜서, 액체의 침적(deposition)을 더 잘 제어할 수 있게 한다.

이하에서는 도 1 을 참조하여 그 장치의 이용에 관하여 설명한다. 이와 동일한 방법은 도 1b 및 도 18 의 장치에 대하여도 적용된다. 전위가 액체에 인가되어서, 액체가 튜브(1)로부터 펄스화된 스프레이(8)로서 배출된다. 스프레이(8)는 기판(9) 상에 충돌한다. 병진 스테이지(11)는 수집기 기판(9)과 기판 전극(10)을 스프레이(8)의 방향에 대해 직각으로 움직인다. 스테이지는 부동적으로 유지될 수 있는바, 이로써 스프레이(8)의 하나 또는 복수의 펄스가 동일한 지점에서 기판(9)에 충돌하는 것을 허용할 수 있다.

이 시스템(1)은 방사기 튜브와 별도인 저장부를 구비하지 않는다. 튜브(2) 자체가 스프레이될 액체(3)를 저장한다. 이 실시예는, 저장부(5)로부터의 전위의 올바른 적용에 의하여, 기판(9) 상에의 액체(3)의 침적을 가능하게 한다.

대안적으로는, 액체는 방사기 튜브와 유체 연결되어 있는 저장부 내에 저장될 수 있다.

기판(9)과 방사기92) 간의 거리는, 침적 면적을 더 크게 또는 더 작게 만들기 위하여 변화될 수 있다. 스프레이된 드롭릿들에 대한 전하부여의 레벨에 따라서, 스프레이된 드롭릿(8)들은 방사기(2)로부터 멀리 이동함에 따라서 퍼질 수 있고, 따라서 기판(9)과 방사기(1) 사이의 거리가 클 수록 더 넓은 침적 면적이 제공된다. 전극(10) 및/또는 수집기 기판(9)은 병진 스테이지(11) 상에 배치되는 것이 바람직한데, 그 병진 스테이지는 컴퓨터에 의하여 제어될 수 있다. 병진 스테이 지(11)는, 스프레이된 드롭릿(8)들이 기판(9)의 선택된 영역에 걸쳐서 침적되도록 하기 위하여, 스프레이된 드롭릿(8)들과 기판(9) 및/또는 전극(10) 간에 상대적인 움직임을 제공한다.

도 1 을 참조하는 예시적인 장치에서, 방사기 튜브(2)는 42μm 직경의 개구(29)를 향해서 테이퍼(taper)진, 0.86mm 의 내측 직경 및 2mm 의 외측 직경을 가지고 코팅되지 않은 붕규산염(borosilicate) 유리의 모세관으로 형성된다. 전기 스프레이 장치(1)에는, 스프레이될 액체(3)로서, lOmPa.s 의 점도 및 대략 10^-12S/m 의 도전율을 갖는, 탄소 함침된(carbon loaded) 오일 기재의(oil based) 잉크인 유체가 이용되었다.

튜브(2)의 개구(29)와 바늘(4)의 단부 간의 적절한 거리가 선택되었는데, 이 경우에는 4mm 의 거리가 이용되었고, 기판 재료(9)와 튜브 개구(29) 사이의 거리는 전형적으로 1mm 정도이다. 이용된 수집기 기판(9)는 고품질의 인화지였는데, 이것은 접지의 전위에 있는 스틸의 기판 전극(10) 상에 놓여졌다.

금속 바늘(4) 또는 다른 전하 주입 수단에 대한 인가 전압이 없는 때에는, 모세관으로부터의 액체 잉크의 유동이 일어나지 않는다. 바늘(4)(또는 다른 수단)에 대해 인가되는 전압이 0으로부터 900V의 전압으로 증가됨에 따라서, 낮은 수의 수백 헤르쯔 범위에서 안정적인 주파수로 잉크의 드롭릿들이 모세관 튜브로부터 방사되었다. 전압이 900V 를 초과하여 증가됨에 따라서, 모세관 출구로부터의 액체 유량과 드롭릿 방사의 주파수가 증가되었다. 스프레이되는 드롭릿들의 주파수는, 그 장치의 다른 모든 파라미터들이 일정한 때에, 일정한 전압(즉 전하 주입의 일정한 속도)에서 일정하였다.

컴퓨터에 의해 제어되는 병진 스테이지(11)를 이용하여, 펄스화된 스프레이(8) 미만의 알려진 일정한 속도로 수집기 기판(9)을 움직임에 의하여, 드롭릿 방사의 주파수는 기판의 침적 후 이미지에 의하여 판별될 수 있었다.

모세관 출구로부터 나오는 펄스화된 잉크 스프레이의 예시적인 이미지는 도 2a 에 도시되어 있다. 수집기 기판(9)의 예시적인 현미경 사진에는 상이한 방사 주파수로 침적된 잉크의 점들에 의한 일련의 선들이 도시되어 있는데, 이것은 도 2b 에 도시되어 있다. 기판의 움직임 속도는, 컴퓨터로 제어되는 병진 스테이지(11)를 이용하여 50mm/s로 선택되었다. 방사되는 액체 펄스들의 주파수는 금속 주입기 전극(4)에 대한 인가 전압을 변경시킴에 의하여 변화되었다.

드롭릿 방사 주파수는 900V에서의 대략 300Hz로부터 4.OkV 의 인가 전압에서의 대략 8OkHz 까지 증가되는 것으로 밝혀졌는데, 이것은 도 3 에 도시된 그래프로부터 알 수 있다. 900V 를 넘어 4000V 까지, 스프레이 펄스 및 드롭릿 방사의 주파수는 계속하여 증가하였고, 안정적인 콘-제트 스프레이 형태는 관찰되지 않았다. 4.OkV 를 초과하는 전압에서는 전기 방전이 주기적인 스파크와 함께 발생하기 시작하였다.

인화지(photographic paper) 기판 상에서 생성된 잔여 점 크기(remnant dot size)와 침적된 원래 펄스의 체적 간의 알려진 관계를 이용하여, 각 정전 스프레이 펄스에서 방사된 액체 체적들이 1 내지 3 피코리터 정도인 것으로 계산되었다.

도 4 에는 인가되는 전기장에 있어서의 변화로 인하여 달성할 수 있는 드롭 방사의 범위에 대한 방사기/노즐 크기 변화의 효과가 도시되어 있다. 이 도면으로부터, 더 큰 방사기/노즐 출구 직경이 이용되는 때에 최소 및 최대 드롭 방사 주파수가 일반적으로 낮다는 것을 알 수 있다. 액체는 전술된 바와 같은, 동일한 탄소가 함침된 오일 기재의 잉크이고, 그 도면에는 앞서 설명된 42 미크론(micron) 보다 큰 노즐들로 스프레이한 것으로부터의 데이터가 포함되어 있다.

도 5 에는 도 1 에 도시된 본 발명의 정전 스프레이 장치의 실시예의 변형예가 도시되어 있다. 도 5 에 도시된 전기 스프레이 장치(21)는 두 개의 방사기 튜브들(13a, 13b)을 포함하고, 각 튜브(13a, 13b)는 전술된 튜브(2)와 실질적으로 동일한 것이다. 대안적으로, 임의의 갯수의 방사기들이 이용될 수 있다. 제1 튜브(13a)는 스프레이될 제1 액체(15a)를 담고 있다. 제2 방사기 튜브(13b)는 스프레이될 제2 액체(15b)를 담고 있다. 제1 뾰족 전극(4b)은 제1 방사기 튜브(13a) 안에 배치되어 있고 튜브(13a)의 길이방향 축과 정렬된다. 제2 뾰족 전극(4c)은 제2 튜브(13b) 안에 위치되고 제2 방사기 튜브(13b)의 길이방향 축과 정렬된다. 전력 공급부는 제1 전극94b)에 연결된다. 동일한 전력 공급부(14) 또는 다른 전력 공급부가 제2 전극(4c)에 연결된다.

전기 스프레이 장치(21)는 액체들(15a, 15b)이 스프레이될 수 있는 기판(9a)을 더 포함한다. 기판(9a)은 접지 전위에 있는 전극(10a)에 장착된다. 전극(10a)은 상기 또는 각 전력 공급부에 연결될 수 있다. 기판(9a) 및 접지된 전극(10a)은, 기판(9a)을 움직이기 위하여, 방사기 튜브들(13a, 13b)로부터의 일정한 거리를 두고 병진 스테이지(11a) 상에 장착될 수 있다. 방사기 튜브들(13a, 13b)들 각각은 액체(15a, 15b)가 스프레이됨에 있어서 통과하는 개구를 구비한다. 제2 전력 공급부(14)는 잠겨진 금속 전극(4b)와 전극(10) 사이에서 연결된다. 도 5 의 다른 사항들은 도 1 에 관하여 설명된 바와 같다. 각각의 방사기 튜브(13a, 13b) 내의 유체와 접촉하는 제1 및/또는 제2 전극에 전위가 인가되는 때에는, 각각의 튜브(13a, 13b)로부터 펄스화된 정전 스프레이가 생성된다.

도 5 에는 두 개의 방사기 튜브들이 도시되어 있으나, 2개를 초과하는 갯수의 튜브들이 함께 이용될 수 있다. 그 튜브들은 2차원의 배열로 배치될 수 있다.

도 6a, 6b, 6c 에는 본 발명의 정전 스프레이 장치의 다른 실시예가 도시되어 있다. 방사기 튜브(18)는, 스프페이될 액체를 담고 있는 절연성 유체 저장부(16)에 연결된 모세관 튜브의 형태이다. 마찰전기식 전하(17)가 모세관 튜브(18)로 전달되어서 유체의 스프레이를 개시한다. 유체 스프레이의 지속시간 및 스프레이되는 펄스의 성질은 주입되는 전하의 양에 의존한다.

스프레이되는 액체는 다우코닝(Dow Corning) 사의 FS1265 실리콘 오일이다. 모세관(18)에는 개구가 제공되는데, 이를 통하여는 전기 스프레이가 일어날 수 있다. 도 1 의 실시예와는 대조적으로, 모세관(18)에는 뾰족한 전극이 없다. 이 전체 시스템은 절연성 지지부(39)에 의하여 보유되는데, 그 아래에는 선택적인 절연성 기판(22)이 있다. 그 다음, 고무(17)의 부분이 이용되어서, 도 6b 에 도시된 바와 같이 전하를 마찰전기식으로 실리카 모세관(18)으로 전달한다. 일단 전하가 실리카 모세관으로 전달되면, 원추(19)와 스프레이(20)가 도 6c 에 도시된 바와 같 이 모세관으로부터 나온다. 스프레이의 성질 및 지속시간은 모세관에 전달된 전하의 양에 의존하고, 5 내지 30 초 사이의 동안 지속하며, 펄스 및 연속적인 콘-제트 모드의 스프레이 둘 다를 나타낸다. 이것의 일 예는 도 7 에 도시되어 있는데, 여기에서 실리콘 오일로부터의 콘-제트 스프레이의 이미지는 실리카 모세관의 끝에 도시되어 있다.

마찰전기식 전하의 적용 중 또는 적용 후에 스프레이된 드롭릿들의 주파수는 전하가 분산됨에 따라서 변화할 수 있다.

도 8 에는 본 발명의 정전 스프레이 장치의 다른 실시예가 도시되어 있는데, 여기에서 방사기 튜브(30)는, 스프레이될 액체를 담고 있는 유체 저장부(24)에 연결된 모세관 튜브의 형태이다. 전하부여 전류는, 압전식 전하부여 장치(26)에 의하여, 스프레이될 유체 내에 적어도 부분적으로 잠겨 있는 금속 주입기 전극(28)으로 압전식으로 전달된다. 압전식으로 발생된 전하로 인하여 바늘 끝(32)에서 발생된 전기장은, 유체로 하여금 유동하게 하여 유체의 펄스화된 스프레이의 형태로 모세관 튜브(30)로부터 나가도록 한다. 반대 전극(counter electrode; 34)은, 유체를 받는 기판이거나, 또는 모세관 튜브로부터 나오는 유체가 주위의 가스로 되어 있는 분위기 또는 진공 안으로 스프레이되는 것을 허용하기 위하여 개방된 통공을 포함할 수 있다.

도 8 을 참조하면, 스프레이될 액체는 다우코닝 사의 FS1265 실리콘 오일이다. 그 액체는 절연된 저장부(24) 내에 보유되는데, 그 저장부는 가압되지 않는 것이 바람직하다. 저장부(24)에 연결된 것은 실리카 모세관(30)의 형태를 갖는 절 연된 방사기 튜브이다. 모세관은 절연성 지지부에 의하여 보유된다.

날카롭게 뾰족한 기하형태의 부분(32)을 구비한 전극(28)은 모세관(30) 안으로 연장되고, 스프레이될 유체 안에 적어도 부분적으로 잠겨진다. 압전식 전하부여 장치(PCD; 26)는 전극(28)에 전기적으로 연결된다. 압전식 장치(26)의 활성화시에, 전하는 전극(28)을 통하여 유체로 전달되어서 펄스화된 스프레이(35)로 귀결된다.

이 실시예는 통공(34)을 갖는 전극 및 통공(34)을 통해 배출되는 스프레이(35)를 포함할 수 있다. PCD (26)에 의하여 유체로 전달된 전하부여 전류가 충분히 높은 때에는, 유체의 안정적인 콘-제트 스프레이가 모세관(30)으로부터 방사될 수 있다.

대안적으로, 방사기 튜브(30)에 대해 통공의 다른 측부에 배치된 기판(도 8 에는 도시되지 않음)에 유체를 전달하기 위하여 도 8 에 도시된 장치가 이용될 수 있다. 예를 들어, 이 장치는, 하측부에 전극을 필요로 하지 않고 종이 또는 다른 인쇄가능한 재료 상에 잉크를 침적시키기 위하여 이용될 수 있는바, 즉 방사기 튜브(30)와 전극(34) 사이에 인쇄가능한 재료가 배치될 필요가 없다.

도 9 에는 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있는데, 이것은 도 1 과 관련하여 설명된 바와 실질적으로 같다. 전하를 공급하기 위하여, 도 8 과 관련하여 설명된 PCD(26)가 이용된다.

도 10 에는 도 8 에 도시된 본 발명의 정전 스프레이 장치에 대한 변형예가 도시되어 있는데, 여기에서는 전하 주입 전극이, 스프레이될 액체를 담는 모세관 튜브(38)의 외측 표면 상에 금속 코팅(40)의 형태로 있다. 전하부여 전류는, 압전식 전하부여 장치(26)에 의하여, 스프레이될 액체 내에서 적어도 부분적으로 유체 소통을 이루는 금속 주입기 전극(40)에 압전식으로 전달된다. 압전식으로 주입된 전하로 인하여 발생된 전기장은 유체로 하여금 유동하게 하고 또한 전하를 가진 액체 스프레이의 형태로 모세관 튜브(38)로부터 나오도록 유발한다. 수집기 기판(9) 및 기판 전극(10)은 컴퓨터에 의하여 제어되는 병진 스테이지(11) 상에 놓일 수 있는데, 이로써 액체 스프레이와 수집기 표면 간에 상대적인 움직임이 가능하게 된다.

도 11 에는 도 1 또는 도 5 에 도시된 본 발명의 정전 스프레이 장치의 실시예에 대한 변형예가 도시되어 있다. 도 11 에서, 방사기는 모세관 튜브의 형태로 있는 것이 아니고, 액체(46)를 저장하는 저장부를 형성할 수 있는 임의의 재료(42)로 형성된다. 오리피스(orifice)는 저장부에 형성될 수 있고, 저장부로부터는 액체가 스프레이될 수 있다. 이 실시예는 미세가공(microfabricate)될 수 있다. 고전압 전력 공급부(48)는, 유체(46) 내에 전하를 주입하기 위하여, 저장부 내에 위치된 뾰족한 금속 전극(44) 또는 재료(42)에 연결될 수 있다. 도 11 의 실시예는 도 1 및 도 5 에 도시된 것과 동일한 방식으로 작용한다.

위에서 설명된 실시예들 중 임의의 것은, 적어도 방사기 및 공기가 실질적으로 비워질 수 있는 진공 챔버 내에 위치된 기판을 구비할 수 있다.

도 12 에는 본 발명의 전기 스프레이 장치의 다른 실시예가 도시되어 있다. 방사기 튜브(2), 액체(3), 뾰족 전극(4), 및 전력 공급부(5)는 도 1 또는 도 5 또 는 도 11 에 도시된 바와 실질적으로 같다. 기판(9), 접지된 전극(10), 및 병진 스테이지(11)도 위에서 설명된 바와 같다.

튜브(50)는 방사기 튜브(2) 둘레에서 동축상으로 배치되고, 방사기 튜브(50)의 개구는 방사기 튜브(2)의 개구를 둘러싼다. 튜브(50)는 제2 유체(54)를 담고 있어서, 방사기 튜브(2)로부터의 전기 스프레이가 일어남에 있어서 통과하는 튜브(2)의 개구는 제2 유체(54) 내에 위치된다.

제2 유체(54)는 정전기적으로 스프레이되는 액체와 상이하다. 제2 유체(54)는 액체 또는 기체일 수 있고, 용기(container; 52) 내에 담겨진다. 용기(52)는 밀봉되거나 또는 유체의 저장부에 연결될 수 있다.

제2 유체(54)는 정전기적으로 스프레이될 유체와 혼합될 수 없는 것이 바람직하지만, 스프레이될 유체와 부분적으로 혼합될 수 있는 것일 수도 있다. 제2 유체(54)는 정적(static)이거나 또는 유동하는 것일 수 있다.

제2 유체(52)는 정전기적으로 스프레이될 유체(3)와 혼합될 수 없는 것이 바람직하지만, 스프레이될 유체와 부분적으로 혼합될 수 있는 것일 수도 있다. 제2 유체(52)는 정적(static)이거나 또는 유동하는 것일 수 있다.

제2 유체를 통한 스프레이는, 제2 유체(56)의 필름 또는 코팅 내에 제1 유체의 드롭들이 생성되는 것을 가능하게 한다. 이것은, 수용 기판 재료(9) 상에 캡슐화된 액체 드롭들이 침적되는 것, 또는 가스, 액체, 또는 진공 환경 내로 캡슐화된 유체(encapsulated fluid)가 분무화되는 것을 가능하게 할 수 있다.

도 13 에는 도 1 에 도시된 것과 유사한 구성으로, 주입기 전극에 대한 인가 되는 전기장에 있어서의 변화로 인하여, 탄소가 함침된 오일 기재의 잉크의 방사된 드롭 체적의 변화가 도시되어 있다. 금속 바늘에 대한 인가 전압을 증가시킴에 따라서, 드롭릿 방사 및 각 드롭릿의 체적 둘 다가 도시된 전압 범위에 걸쳐서 증가되었다.

도 14 에는 본 발명의 다른 실시예가 도시되어 있다. 방사기 튜브(60)는 전기 스프레이될 제1 액체(61)를 담는다. 튜브(60)는 도 1 에 관하여 설명된 바와 실질적으로 같게, 전력 공급부(68)에 연결된 뾰족 전극을 구비한다. 방사기 튜브(60)는 개구(65)를 구비하는데, 그 개구를 통하여는 액체(61)의 전기 스프레이의 펄스들이 방사된다. 개구(65)는 용기(62) 내에 위치된다. 용기(62)는 정전기적으로 스프레이되는 액체와 상이한 제2 액체(64)를 담는다. 제2 유체(64)는 액체 또는 기체일 수 있다. 용기(64)는 유체의 저장부에 연결되거나 밀봉될 수 있다.

제2 유체(64)는 정전기적으로 스프레이되는 유체와 혼합될 수 없는 것이 바람직하지만, 스프레이될 유체(61)와 부분적으로 혼합될 수도 있다. 제2 유체(64)는 정적이거나 유동하는 것일 수 있다.

앞서 설명된 기판과 접지된 전극, 및/또는 병진 스테이지도 용기(62) 내에 위치될 수 있다.

제2 유체를 통한 스프레이는, 정전기적으로 스프레이되는 액체의 드롭들이 제2 유체 내에 제어가능하게 분산되는 것을 가능하게 한다. 이것은 에멀젼(emulsion), 예를 들어 오일/물 에멀젼 또는 나노-에멀젼의 형성을 가능하게 한다. 그것은, 제2 액체의 고화된 외피 내에 담겨지고 정전기적으로 스프레이된 액 체를 갖는 입자들을 형성을 제공할 수도 있다. 또한, 비휘발성의 제2 액체 내에 있는 채로 휘발성 액체가 스프레이될 수 있다.

설명된 실시예들 모두는, 전기 스프레이될 실질적으로 비도전성이거나 도전성인 액체 또는 유체 내로 전하가 주입되면서, 전기 스프레이의 펄스들을 생성시키도록 구성된다. 그 펄스들은, 전하의 주입의 시작 및 정지에 의하여 직접적으로 야기되지는 않지만, 구성된 시스템에 내재된 것이다.

도 1b 에는 본 발명의 전기 스프레이 장치의 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 장치는 도전성 액체를 스프레이하도록 구성된다.

모세관 방사기 튜브(70)는 스프레이될 액체(74)를 담는다. 고전압 전력 공급부(79)는 추출기 전극(extractor electrode; 78)과 방사기 튜브(70) 사이에서 연결된다. 전위는 도전용 부속품(conducting fitting; 72)에 의하여 방사기(70)의 도전성 표면에 인가될 수 있다. 고전압 전력 공급부(79)는 전극(78)과 방사기(70) 간의 전위 차이를 제공한다.

추출기 전극(78)은 방사기 끝으로부터 적절한 거리를 두고 보유된다. 방사기 튜브(70)를 대면하는 전극(78)의 측부 표면에는, 목표 기판(77)이 위치될 수 있다.

기판은 입자들 또는 분자들의 미리 조립된 단층으로 코팅될 수 있고, 그리고/또는 입자들 또는 분자들의 미리 조립된 하위-단층으로 코팅될 수 있다. 기판은 절연체, 반도체, 또는 도전체일 수 있다.

사용시, 전위는 공급부(79)에 의하여 발생되어서, 액체는 펄스 형태의 제트 또는 스프레이(76)로서 튜브(70)로부터 배출된다. 스프레이(76)는 기판(77) 상에 충돌한다. 컴퓨터화된 고정밀 병진 스테이지(80)는 기판(77) 및 전극(78)을 지지하고, 전극(78)을 스프레이(76)의 방향에 대해 직각으로 움직일 수 있다.

도 18 에는 도 1 및 도 1b 에 도시된 것과 상이한, 본 발명의 전기 스프레이 장치의 실시예의 예가 도시되어 있다. 도 18 에서, 방사기는 모세관 튜브의 형태가 아니지만, 액체(86)를 저장하는 저장부를 형성할 수 있는 임의의 재료(85)로 형성된다. 오리피스는 저장부에 형성되는데, 그로부터 액체가 전기 스프레이될 수 있다. 이 실시예는 미세가공될 수 있다.

재료(87)의 층은 재료(85)와 층(89) 사이에 개재된다. 재료(87, 89)의 층들은 오리피스 주위에서 요부를 한정한다. 재료들(85, 89)은 바람직하게는 전기적으로 도전성이거나, 또는 내장된 전기적으로 도전성인 요소들을 갖는다. 재료(87)는 전기적으로 비도전성인 것이 바람직하다.

고전압 전력 공급부(79)는 재료(85)에 연결되고, 바람직하게는 재료(89)에도 연결된다. 고전압 전력 공급부(79)는, 위에서 설명된 바와 같은 전기 스프레이의 펄스들을 유발하기 위하여, 액체(86) 내에 전기장이 생성되도록 구성된다. 이것은 통합 전극의 일 예를 나타낸다.

도 1, 도 1b, 또는 도 18 의 장치를 이용하여 펄스화된 스프레이가 발생되도록 하기 위하여, 액체 점도, 전극과 방사기의 기하형태는, 최소의 안정적인 스프레이 유량(flowrate)에 가까운 유량으로 액체를 정전기적으로 펌핑하는데에 필요한 힘이 과도하게 크지 않도록 선택된다. 또한, 전기장 강도 또는 전하부여 전류는 액체 점도, 전극 및 방사기의 기하형태에 기초하여 선택된다. 전기장 강도는, 일정한 코로나 방전없이 정전 스프레이가 펄스로 일어나도록 선택된다. 특정의 방사기 통공 직경 또는 수리적 저항에 관하여, 액체 점도가 큰 경우에는, 전기장 강도 또는 주입되는 전하의 속도가 높을 수 있다. 낮은 액체 점도의 경우에는, 낮은 전하부여 전류가 이용될 수 있다. 작은 방사기 통공 직경 또는 큰 수리적 저항에 관하여는 전기장 강도 또는 주입되는 전하의 양이 특정의 점도를 위하여 높거나, 특정의 전기장 강도 또는 주입되는 전하 전류에 관하여는 점도가 낮아야 한다. 이와 같은 관계는 기술된 실시예들 모두, 특히 도전성 액체와 비도전성 액체 둘 다의 전기 스프레이에 적용가능한 것이다.

각 드롭의 액체의 체적은, 전기 스프레이의 펄스들이 일어나는 전압의 범위의 부분에 걸쳐서 전하부여 전류 또는 전기장이 증가됨에 따라서, 증가하는 것으로 밝혀졌다. 예를 들어, 900 V 내지 3000 V 사이의 전압이 인가되는 때에 전압이 증가함에 따라서 드롭 체적이 증가하는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 전하부여 전류 또는 전기장을 증가시키는 것은, 방사되는 드롭릿의 주파수 및 각 드롭릿에 있는 액체의 체적을 증가시킨다.

상기 설명은, 도 1, 도 1b, 또는 도 18 에 기초한 장치를 이용하여 도전성 및 비도전성의 액체들을 전기 스프레이하는 경우 둘 다에 적용된다. 도 1, 도 1b, 또는 도 18 에 기초한 장치는 배열로 배치될 수 있는 복수의 방사기들을 구비할 수 있다. 또한, 방사기와 유체적으로 연결된 별도의 저장부가 제공될 수 있다.

방사기는 모세관 튜브의 형태가 아닐 수 있고, 액체를 저장하는 저장부를 형 성할 수 있는 임의의 재료로 형성될 수 있다. 오리피스는 저장부에 형성될 수 있는데, 그로부터 액체는 스프레이될 수 있다. 이 실시예는 미세제작될 수 있다. 고전압 전력 공급부 또는 다른 전하 주입 수단은, 유체 내로 전하를 주입하기 위하여, 저장부에 위치된 뾰족한 금속 전극 또는 재료에 연결될 수 있다.

액체의 방사된 드롭 체적은 주입기 전극에 대하여 인가되는 전기장의 변화로 인하여 변화할 수 있다. 금속 바늘 또는 전하 주입을 위한 다른 수단에 대한 인가 전압 또는 전하부여 전류를 증가시킴에 따라서, 드롭릿 방사의 주파수 및 각 드롭릿의 체적 둘 다가 증가되는데, 이것은 전기 스프레이가 일어나는 범위의 부분에 걸쳐서 그러하다. 각 드롭의 체적은 최고치에 도달할 수 있고 그 후에는 감소한다. 인가 전압에 대한 드롭 체적의 관계는 액체의 성질과 방사기 기하형태에 의존할 수 있다.

전기 스프레이 펄스들은, 도 1, 도 1b, 또는 도 18 의 장치를 이용하여 정확하게 제어될 수 있다. 기판의 동일한 지점에 하나의 드롭 또는 미리 정해진 수의 들롭들을 침적시키는 것이 필요할 수 있다. 그러므로, 병진 스테이지의 움직임을 허용하기 위하여 전기 스프레이를 멈추기 전에, 전기 스프레이되는 액체의 체적을 제어하는 것이 필요하다. 대안적으로는, 움직이거나 부동적인 병진 스테이지 상에 전기 스프레이가 일어나는 속도를 제어하는 것이 필요할 수 있다.

전기 스프레이 제어의 두 가지 주된 형태는 아래에서 설명된다(다른 형태가 이용될 수 있다):

1) 도 3a, 3b, 14, 15, 16, 및 17 에 도시된 바와 같이, 그리고 제1 모드 및 제2 모드로서 설명될 바와 같이, 미리 정해진 시간에 방사되는 드롭들의 갯수를 제어하기 위하여 전압 또는 전하부여 전류를 변화시킴;

2) 도 7a 내지 도 7c 에 도시된 바와 같이, 그리고 제3 모드로서 설명될 바와 같이, 미리 정해진 전압 또는 전하부여 전류로 전압 또는 전하부여 전류가 인가되는 시간을 변화시킴.

하기의 작동 모드들 및 용도들은, 여기에서 예시되고 설명된 장치들 중 임의의 것에서 이용될 수 있다. 또한 그 작동 모드들 및 용도들은, 전기 스프레이의 그러한 펄스들을 방사할 수 있는 임의의 장치에서 이용될 수 있다.

도 3a 및 도 3b 에는 본 발명의 제1 모드(first mode)가 도시되어 있다. 전기 스프레이되는 액체는, 도전성 또는 비도전성의 액체일 수 있는데, 이것은 설명되는 모드들 모두에 대하여 마찬가지이다. 이용되는 장치는 도 1 또는 도 1b 중의 적절한 하나에 기초할 것이다. 그 전기 스프레이 장치는 액체에 전압 또는 전하부여 전류를 인가한다. 인가되는 전압은 두 전압들 또는 전하부여 전류들 사이에서 전환되는데, 바람직하게는 5kHz의 속도로 사이클을 반복한다. 두 전압들 각각은, 이 경우에 있어서 0.0001초인 동등한 시간 동안 인가될 수 있고, 또는 그 두 전압들 중의 하나가 다른 하나보다 긴 시간 기간 동안 적용될 수 있다.

제1 전압은 110 기간 동안 인가된다. 제1 전압은 방사될 전기 스프레이 펄스들을 위한 최소 문턱값 미만으로 선택된다. 그러므로, 제1 기간(110) 동안에는 펄스들이 방사되지 않는다. 예시적인 전압은 350V이다.

제2 기간(112)에서는, 인가 전압이 높은 전압으로 전환된다. 상대적으로 더 높은 제2 전압은 제2 기간(112)에 걸쳐서 일정하고, 전기 스프레이의 드롭릿들 6개가 그 장치로부터 일정한 주파수로 방사되도록 유발한다. 예시적인 제2 전압은 400V이다. 그 후, 전압은 제1 전압으로 되돌아 전환되고, 그 사이클이 반복된다.제1 기간 및 제2 기간 중의 전압들 또는 전하부여 전류들은, 사각형 파동을 형성하여 인가되면서 각각 실질적으로 일정한 것이 바람직한데, 대안적으로는 톱니 또는 삼각형 또는 사인곡선 파동의 형태일 수 있다.

도 3b 에는 제1 기간(110)과 제2 기간(112)의 확대도가 도시되어 있다. 전기 스프레이의 펄스들은 정점(114)들에 의하여 표시되어 있다. 포화되어 사각형으로 잘린 것으로 도시된 양과 음의 전류들은 전기 스프레이의 방사된 펄스들을 나타내는 것이 아니고, 인가 전압의 변화에 의하여 유발된 것일 뿐임에 유의한다. 기간들(110, 112)의 길이들은 상이한데, 특히 "온(on)/펄스 방사" 기간(112)의 길이는 "오프(off)" 기간(110)의 길이보다 길다. 대안적으로, 기간들(110, 112)의 길이들은 동일할 수 있다.

도 15 에는 본 발명의 제1 형태의 변화가 도시되어 있다. 인가 전압은 제1 전압과 제2 전압 사이에서 5kHz의 주파수로 사이클을 이룬다. 제1 전압은 기간(120) 중에 인가된다. 제1 전압은, 전기 스프레이 펄스들이 방사되지 않도록 선택된다. 제2 전압은 제2 기간(122) 중에 인가된다. 도 3 에는 전압의 선택이 방사된 드롭릿들의 주파수에 어떻게 영향을 미치는가가 도시되어 있다. 제2 전압은, 이 시간(122) 중에 하나의 전기 스프레이 펄스(124)가 방사되도록 선택된다. 그 다음에 이 사이클은 제1 전압과 제2 전압 사이에서 교번하면서 반복될 수 있다.

도 16 에는 위에서 설명된 바와 같은, 두 전압들 사이의 전환이 도시되어 있다. 제1 기간(130)에서, 제1 전압이 인가되면 전기 스프레이 드롭릿들이 방사되지 않는 것으로 귀결된다. 제2 기간(132)에서는 제2 전압이 인가된다. 제2 전압이 선택되면 전기 스프레이가 주파수(frequency)로 발생하도록 유발되는데, 이것은 기간(132) 중에 세 개의 전기 스프레이 드롭릿(134)들이 방사되는 것으로 귀결된다.

전기 스프레이가 방사되지 않아야 하는 때에, 전기장 또는 전하부여 전류는 0 이 아닌 강도(non-zero strength)로 감소된다. 전기 스프레이가 방사되는 기간으로부터 전기 스프레이가 방사되지 않는 기간으로 이동하는 때에, 전압은 100V 미만만큼, 바람직하게는 20 내지 50V 만큼 감소될 수 있다. 대안적으로는, 전기 스프레이가 방사되지 않아야 할 때에, 전기장 또는 전하부여 전류가 실질적으로 0 으로 될 수 있다.

직류의(또는 일정한) 전기장 또는 전하부여 전류 성분을 발생시킴에 의하여, 모든 실시예들에서 시간-변화의(time-varying) 전기장 또는 전하부여 전류가 생성될 수 있다. 전체적으로 작은 시간-변화의 성분도 발생되고, 일정한 성분에 중첩된다.

시간-변화의 전기장 또는 전하부여 전류는 사각형의 파동파동서 설명되었는데, 여기에서는 전기장 또는 전하부여 전류의 강도가 두 개의 값들 사이에서 교번한다(alternate). 그 교번하는 값들 둘 다는, 그들 중의 하나에서 전기 스프레이가 방사되지 않더라도, 0 이 아닌 것이 바람직하다. 대안적으로, 임의의 실시예의 파형은 불규칙한 것, 또는 파형의 일부에 걸쳐서 조차 일정하지 않은 것일 수 있 다. 특히, 파형은 사인곡선 형태의 파동, 톱니 또는 삼각형 파동의 형태일 수 있다.

도 17 에는 본 발명의 제2 형태가 도시되어 있다. 제1 시간 기간(140) 동안에, 일정한 제1 전압이 액체에 인가된다. 제1 전압은, 제1 시간 기간(140)에 두 개의 드롭릿들이 방사되는 것으로 귀결되는 주파수로 드롭릿들이 방사되도록 선택된다. 그 장치는, 제2 시간 기간(142) 중에 인가되는 제2 전압으로 전환시킨다. 제2 전압은, 제2 시간 기간(142) 중에 6개의 전기 스프레이 펄스들이 방사되도록 높게 선택된다. 그 장치는, 5Khz 의 속도로 제1 전압과 제2 전압에 걸쳐 사이클을 이룬다. 제1 시간 기간 및 제2 시간 기간은 그 길이가 동일한데 각각 0.0001초이다. 그 사이클은, 두 개의 전기 스프레이 펄스들이 방사되는 제3 기간(148)에서의 반복적인 제1 전압에 의하여 계속된다. 그러므로, 인가되는 전압 또는 전하부여 전류에 의존하는 펄스들의 방사 속도는, 제1 기간 및 제2 기간에서와는 상이하다.

위에서 설명된 제1 시간 기간 및 제2 시간 기간은 같은 시간의 길이인 것으로 도시되었다. 대안적으로는, 제1 시간 기간 및 제2 시간 기간이 상이한 시간의 길이일 수 있다. 각 시간 기간에 관한 전압 및 그 전압이 인가되는 시간의 길이는, 요구되는 속도로 액체의 요구되는 체적을 전달하기 위하여, 또는 전기 스프레이가 없는 미리 정해진 시간 기간들에 있어서, 자유로이 변화될 수 있다.

그 장치는 2, 3, 또는 그 이상의 시간 기간들을 통하여 사이클을 이룰 수 있는데, 각 기간은 상이한 인가 전압을 갖는다.

도 7a, 7b, 및 7c 에는 본 발명의 제3 형태가 도시되어 있는데, 이것은 제1 형태 및 제2 형태를 제어하는 대안적인 수단을 제공한다. 제3 형태에서, 액체에 인가되는 전압의 켜짐 시간(on-time)은 변화될 수 있다. 전기 스프레이 펄스들을 방사하기 위하여, 일정한 전압이 인가된다. 필요한 수의 펄스들이 방사되는 것을 가능하게 하기 위하여, 선택된 시간 길이 동안에 전압 또는 전하부여 전류가 인가된다. 그 후 전압은 감소되어서, 더 이상 전기 스프레이 펄스들이 방사되지 않는다. 그 후 전압은 다시 스위치 온(switch on)될 수 있는바, 이로써 사이클이 반복된다.

전압은, 전기 스프레이가 방사되지 않는 최소의 문턱값 바로 아래로, 또는 0 으로 감소될 수 있다. 바람직하게는, 전기 스프레이가 방사되지 않아야 하는 때에는, 전기장 또는 전하부여 전류가 0 이 아닌 강도로 감소된다. 전압은 100V 미만, 바람직하게는 20 내지 50V 만큼 감소될 수 있다.

도 7a 에는 시간 기간(150) 동안에 켜지는(switch on) 전압이 도시되어 있다. 시간 기간(150)은, 하나의 펄스(151)가 방사될 시간만 있도록 선택된다. 그 후 전압은 더 이상의 펄스들이 방사되지 않도록 그 사이클의 잔여기간동안 감소된다.

도 7b 에는 시간 기간(152) 동안에 켜지는 전압이 도시되어 있다. 시간 기간(152)은 세 개의 펄스(153)들이 방사되는 것을 허용하기에 충분하다.

도 7c 에는 네 개의 드롭릿(155)들이 방사되는 것을 허용하기에 충분한 시간 기간(154) 동안 켜지는 전압이 도시되어 있다.

이 형태에서의 전압은, 정확하게 제어될 수 있는 그 적용예를 위한 스프레이 의 합리적인 속도를 제공하기 위하여, 전기 스프레이의 용도에 따라서 선택된다.

그 장치는 제3 모드에서 사이클로 작동할 수 있다. 그 사이클은 일정한 기간을 가질 수 있는데, 그 기간은 전기 스프레이가 방사될 것이 요구되는 시간의 예상되는 최장 길이보다 길게 선택될 수 있다. 전기장 또는 전하부여 전류 강도가 문턱값의 강도를 초과하는 때에 전기 스프레이 펄스들이 일어날 것이다. 전기장 또는 전하부여 전류 강도가 문턱값의 강도를 초과하는 시간의 길이는 변화될 수 있다. 파형의 듀티 사이클(duty cycle)은 그 파형이 '높음' 또는 '온(on)'인 사이클의 비율로 고려될 수 있고, 따라서 파형의 듀티 사이클은 전기 스프레이 펄스들이 방사되지 않는 때에 대비되는 전기 스프레이가 일어나는 시간 길이에 기초하여 가변적일 것이다.

일정한 기간의 사이클에서 전기장 또는 전하부여 전류의 강도를 변화시키는 수단은 가변적인 듀티 사이클을 제공할 수 있다.

그 장치는, 전기 스프레이 드롭릿들의 방사를 제어하기 위하여 전압 및 전압이 인가되는 시간의 길이 둘 다가 변화될 수 있는 모드에서 작동할 수 있다.

설명된 사항들 중 임의의 것은 임의의 다른 설명된 사항과 조합될 수 있다. 상기 실시예들 중 임의의 것에 따른 전기 스프레이는 많은 용도들을 갖는다. 가능한 용도들 중의 일부와, 전기 스프레이가 그 용도들을 위하여 어떻게 최적화되는지가 아래에서 설명될 것이다. 이 용도들 및 이용의 방법들은 모든 실시예에 적용되는 것이다.

도전성 트랙(Conductive Tracks)

전자 회로는 부품들을 전기적으로 연력하는 도전성 트랙들의 제조에 기초한다. 본 발명은, 직접 묘화 공정(direct writing process)의 예로서, 프린터로서 이용될 수 있다. 스프레이되는 액체는 금 나노입자의 현탁액(suspension)이거나, 또는 질산은(silver nitrate)에 기반한 도전성 잉크일 수 있다. 대안적으로, 금속-유기성(metallo-organic) 조성물의 잉크가 이용될 수 있는바, 여기에는 예를 들어 톨루엔(toluene)에 용해된 은 네오데카노에이트(silver neodecanoate)가 포함된다. 기판은 실리콘, 아세테이트, 유리, 플라스틱, 종이, 또는 다른 재료일 수 있다. 그러한 도전성 잉크는 대략 lOcP 의 점도를 가질 수 있다. 본 발명의 장치는 10 내지 50μm 의 노즐 직경을 이용하는 것이 바람직할 것이다. 다른 스크린 인쇄가능한 잉크는 lOOcP 을 초과하는 점도를 갖는데, 본 발명의 방법에 있어서 이 잉크는 1OOμm 를 초과하는 노즐 직경과 함께 이용될 수 있다.

플라스틱 전자소자(Plastic Electronics)

전자소자를 위한 플라스틱 기판의 사용은, 유연성 플라스틱 기판 상에 전자 회로를 생성하는 것을 가능하게 한다. 플라스틱 기판은 거친 표면과 낮은 용융 온도를 가질 수 있다는 문제를 갖는다. 이 문제는 용액 처리(solution processing)에 의하여 해결될 수 있는데, 이것은 재료들이 합리적인 온도에서 플라스틱 상에 용액의 형태로 인쇄될 것을 필요로 한다. 이 기술은 이 적용예를 위하여 필요한 재료들을 인쇄할 수 있다. 도전성 트랙이 그 플라스틱 기판 상에 전술된 바와 같 이 인쇄될 수 있다.

발광 폴리머(예를 들어, PEDOT - Poly (3,4- ethylenedioxythiophene)) 및 도전성 폴리머(Conducting Polymer)

이 재료들은 물 또는 유전성 액체 내에서 혼합될 수 있다. 전기 스프레이될 것의 도전성에 따라서, 즉 도전성으로 고려될 수 있는가 절연성으로 고려될 수 있는가의 여부에 따라서, 위에서 설명된 적절한 장치가 이용될 수 있다. 노즐 직경은, 용액 점도 및 필요한 특징물(feature)의 크기에 맞도록 선택될 수 있다. 노즐 직경은 물과 유사한 점도와 작은 특징물을 위하여 5 또는 lOμm 일 수 있다.

디스플레이 스크린(Display Screens)

상기 장치는 박막 트랜지스터 스크린을 인쇄하는데에 이용될 수 있다. 이용되는 기판은 유리일 수 있고, 도전성 액체는 전기 스프레이될 수 있다. 도 18 에 도시된 바와 같이, 통합 전극이 이용될 수 있다.

스크린의 제조에 있어서는, 마스크리스 리소그래피(maskless lithography), 도전성 트랙, 또는 플라스틱 전자소자에 관하여 설명된 사항들 중 임의의 것이 활용될 수 있다.

조직 공학(Tissue Engineering)

상기 장치 및 방법은, 조직 공학의 목적을 위하여 이용될 수 있는데, 이것은 예를 들어 수용액 내의 단백질을 스프레이함에 의하여 이루어진다. 단백질은 단순한 아미노산으로부터 대형의 비-공유결합적으로 결합된 거대분자(large non-covalently bound macromolecule)(예를 들어, 프로테오좀(proteosome))의 범위를 아우른다. 단백질의 질량은 대략 1Mda 까지일 수 있고, 이것은 일부 바이러스들이 전기 스프레이되는 것도 가능하게 한다. 용매로서는 물이 이용될 수 있는데, 왜냐하면 이것이 적합한 점도를 갖기 때문이다. 폭넓은 범위의 노즐 직경이 이용될 수 있고, 바람직하게는 10 내지 30μm의 노즐 직경이 이용될 수 있다.

기판은, 대략 1Oμm의 스케일로 생물분해성의 폴리머(예를 들어, PLGA)로부터 만들어진 스캐폴드(scaffold)일 수 있다. 그 장치는 통합 전극을 이용할 수 있다. 스프레이되는 단백질은 피브로넥틴(fibronectin), 알부민(albumin), 또는 콜라겐(collagen)과 같은 기능성 단백질일 수 있다. 이것은, 세포 성장 및 세포 이동이 그 스캐폴드 상에서 미세-스케일(micro-scale)로 제어되는 것을 가능하게 할 것이다.

본 발명의 장치는 단백질을 위한 스캐폴드 또는 지질 이중층(lipid bi-layers)을 형성하는데에 이용될 수 있다. 그 장치는 예를 들어 의약물 발견의 목적을 위하여 액체를 정확하게 분배하는데에 이용될 수 있다.

네뷸라이저(Nebulisers)

본 발명의 장치는 네뷸라이저에 있어서 이용될 수 있는데, 예를 들어 그것은 0.4 내지 6 미크론의 바람직한 범위에 있는 드롭릿들을 생성하기 위하여 생물학적 활성제(biologically active agent)를 포함하는 액체 또는 액체 의약물을 증기화시킨다. 안개의 형태인 그 증기화된 액체는 사용자에 의해 흡입될 수 있다.

경피 주입(Transdermal injection)

본 발명의 장치는 생물학적 활성제를 포함하는 액체 또는 액체 의약물을 증기화시키기 위하여 이용될 수 있다. 이 증기는 사용자에게 국부적으로 또는 경피적으로 투여될 수 있다.

분배(Dispensation)

본 발명의 장치는 질량 분석기(mass spectrometer)와 조합되어 이용될 수 있다. 그 장치는 매우 적은 양의 분자들을 예를 들어 질량 분석기 안으로 분배하는 데에 적합하다. 기판은 유리 또는 플라스틱일 수 있다. 그 장치는 수용액의 펨토리터(femtolitre) 내지 높은 피코리터(picolitre)의 체적을 분배하도록 구성될 수 있다. 그 수용액은 시험될 분자를 포함할 수 있다.

본 발명의 장치 및 방법은, 칩(chip) 상의 랩(lab)에 어날라이트(analyte)를 스프레이하는데에 이용될 수 있다. 본 발명의 장치는, 생물학적 미세 어레이(biological micro array)의 생산을 위하여, 또는 신속한 프로토타입핑(prototyping)을 위하여 이용될 수 있다. 본 발명의 방법은 미세 어레이를 생성하거나 또는 용액을 미세 피펫팅(micro-pipetting)하기 위하여 이용될 수도 있다.

본 발명의 장치는 바이오센서(biosensor) 상에 단백질 또는 다른 어날라이트 를 전기 스프레이하는데에 이용될 수 있다.

마스크리스 리소그래피(Maskless Lithography)

본 발명의 장치는 표면 상에 패턴을 전사하기 위하여 이용될 수 있다. 포토리소그래피(photolithography)는 포토레지스트(photoresist)라 불리고 종종 폴리머로 만들어지는 에치 마스크(etch mask)를 이용하는데, 여기에서 패턴은 광 노출에 의하여 생성된다.

본 발명은, 표면 상에 에치 레지스트 재료를 직접적으로 원하는 패턴으로 인쇄하거나, 또는 필요하지 않는 곳으로부터 원하지 않는 유용한 필름 또는 에치 레지스트를 제거하기 위하여 표면 상에 에칭제(etchant) 또는 레지스트 현상제(resist developer)를 인쇄함에 의하여 에치 마스크를 생성할 수 있다.

인쇄용 에치 레지스트 재료는, 전기 스프레이될 액체로서 폴리머 또는 왁스를 이용할 수 있다. 그러한 액체는 유전성(dielectric)을 띠고(즉, 도전성을 띠지 않고), 따라서 도 1 에 기초한 장치가 이용될 수 있다. 1OOμm 보다 큰 노즐 직경이 이용될 수 있다. 기판은 실리콘 또는 임의의 다른 재료일 수 있다. 에칭제 또는 현상제로서는 낮은 점도를 갖는 유기성 용매가 좋을 것이다.

메타물질(Metamaterials)

메타물질은 "초격자(super-lattice)" 또는 "광결정(photonic crystal)"으로 종종 불리는 주기적인 또는 셀형태(cellular)의 구조를 갖는 인공적으로 생산된 물 질이다. 그 셀들의 주기는 그것이 상호작용하는 빛의 파장에 상당하여야 한다. 가시광선에 있어서는, 1 미크론 미만의 파장이 필요할 것이다. 본 발명의 기술은 이 정도 스케일에 대한 인쇄를 할 수 있다.

광학 장치(Optical Devices)

광학 장치는 미크론 스케일의 특징물들을 갖는 폴리머로부터 제조될 수 있다. 위에서 설명된 에칭 공정과 리소그래피 재료 침적을 이용하여, 웨이브가이드(waveguide)들 및 미러(mirror) 조립체들의 미세제작이 이루어질 수 있다. 실리콘 또는 유리 기판에 전기 스프레이되는 액체는 폴리머인 것이 바람직하다.

본 발명의 장치는, 격자(gratings) 또는 홀로그램과 같은 광학 소자를 제조하기 위하여 이용될 수 있다. 본 발명의 장치는, 유기발광 다이오드(OLED)를 포함하는 스크린 또는 리쿼비스타(Liquavista)(RTM) 스크린을 제조하는데에 이용될 수 있다.

그 장치는, 스프레이될 액체로서 잉크 또는 다른 액체를 이용하여 이미지를 인쇄하는데에 이용되거나, 센서의 제조에 이용될 수도 있다. 본 발명은 접착제의 위치선정, 패터닝(patterning), 또는 전자 부품들의 제작을 위하여, 제조에 있어서 이용될 수 있다. 전기 스프레이 장치는, 칩 또는 기판 상에 잉크를 스프레이하기 위하여 또는 인쇄하기 위하여, 프린터로서 이용될 수 있다.

설명된 용도 및 적용예들은, 내재적으로 펄스화되는 전기 스프레이를 활용하는 임의의 장치 또는 방법에 적용가능하고, 설명된 작동 방법 또는 예시적인 장치 에 국한되지 않는다. 예를 들어, 용도 및 적용예들은, 전기 스프레이를 중지하기 위하여 전기장 또는 전하부여 전류 강도가 0 으로(또는 0 이 아닌 값으로) 감소되는 때에 적용가능하다.

본 발명의 장치 및 방법은, 기판 상의 일 지점에 복수의 드롭릿들을 스프레이하고, 기판과 방사기 간의 상대 움직임을 제공하여 기판 상의 다른 지점에 스프레이를 계속하는 데에 이용될 수 있다. 전기장 강도가 문턱값 레벨 미만으로 감소됨에 의하여 전기 스프레이가 중단되는 중에 그 상대적인 움직임이 일어날 수 있다. 그 장치 및 방법은 기판 상의 임의의 지점에 하나의 드롭릿만을 스프레이하는데에 이용될 수도 있는데, 이것은 기판의 지속적인 상대적 움직임, 또는 한 번에 단 하나만의 드롭릿을 방사한 후 전기장 강도가 문턱값 레벨 미만으로 감소됨에 의하여 전기 스프레이가 중단된 때에 기판을 움직임에 의하여 달성될 수 있다.

본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 이해될 것인 바와 같이, 상기 실시예들의 상세사항들은, 첨부된 청구범위에 의하여 정의되는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 변형될 수 있다.

예를 들어, 기판은 종이, 실리콘, 반도체, 절연체, 도전체, 카드, 음식, 포장재, 플라스틱, 및 피부일 수 있다. 도 19 내지 도 21 에는 다양한 예시적인 기판들 상에 사진으로서 도시된 드롭 침적들의 결과가 도시되어 있다. 이 도면들은, 드롭 체적 및 주파수를 포함하여 다양한 결과들을 낳는데에 이용되는 파라미터들(전압, 모세관 직경)의 표시를 제공한다.

도 8 에 도시된 실시예에 관하여, 방사기에서 0의 순압력(net zero pressure)이 필요한 때에 액체 저장부(24) 내의 액체의 자유 표면은 예를 들어 모세관의 출구 평면과 같은 레벨(level)에 있을 수 있다.

위에서 제공된 예들은 병진 스테이지에 의하여 이동되는 기판을 도시한다. 그 대신에, 프린트 헤드(print head)가 움직이고 기판이 고정될 수 있다.

적어도 비도전성의 액체가 이용되는 때에, 전압은 노즐 또는 방사기 출구 직경에 대해 실질적으로 독립적일 수 있다.

방사 주파수, 특히 최대 방사 주파수는, 노즐 또는 방사기 출구 직경에 의존적일 수 있다. 그러므로, 이 파라미터를 변화시키기 위하여 이 직경을 변화시키는 것이 이용될 수 있다. 도 19 내지 도 21 에는 이와 같은 의존성의 예들을 제공한다.

본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 실시예들의 사항들에 대한 많은 조합, 변형, 및 변화가 가능하다는 것을 용이하게 알 수 있을 것이며, 이와 같은 것들은 본 발명의 일부를 이루는 것으로 의도된다.

Claims

실질적으로 비도전성인 액체(non-conductive liquid)의 제어된 체적을 펄스(pulse) 형태로 배분하기 위한 정전 스프레이 장치(electrostatic spray apparatus)로서,

액체가 스프레이되어 나올 수 있는 스프레이 영역(spray area)을 갖는 방사기(emitter); 및

액체 내로 전하를 주입하기 위한 수단으로서, 사용시 그 전하 주입에 의한 정전기력에 의하여 액체가 스프레이 영역으로 전달되고, 전하가 주입되는 중에 정전 스프레이가 적어도 하나의 펄스들로 발생하는, 전하 주입 수단;을 포함하는, 정전 스프레이 장치.
제 1 항에 있어서,

방사기는 액체를 수용하는 공동(cavity)을 포함하고, 스프레이 영역은 공동과 유체 소통(fluid communication)된 통공(aperture)인, 정전 스프레이 장치.
제 2 항에 있어서,

방사기는 튜브인, 정전 스프레이 장치.
제 1 항에 있어서,

방사기는 상승된 지점을 갖는 표면이고, 스프레이 영역은 적어도 하나의 상승된 지점들 상에 위치된, 정전 스프레이 장치.
앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

전하 주입 수단은, 스프레이될 액체와 닿을 수 있는 뾰족한 부분을 갖는 전극, 및 그 전극에 연결된 전압 전력원(voltage power source)을 포함하는, 정전 스프레이 장치.
제 5 항에 있어서,

전극의 뾰족한 부분은 사용시 액체 내에 실질적으로 잠기는, 정전 스프레이.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,

전극의 뾰족한 부분은 방사기 내에 위치된, 정전 스프레이.
제 7 항이 제 2 항 또는 제 3 항을 인용하는 경우에 있어서,

전극은 통공을 향하여 연장된, 정전 스프레이.
제 5 항에 있어서,

전압 전력원은 압전식 전하부여 장치인, 정전 스프레이 장치.
제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

전하 주입 속도가 일정한 때에 전기 스프레이의 펄스들이 일정한 주파수로 발생하도록 구성된, 정전 스프레이 장치.
제 5 항 내지 제 9 항 중의 어느 한 항에 있어서,

전극은 스프레이 영역으로부터 이격되고 스프레이 영역과 정렬된, 정전 스프레이 장치.
제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서,

전자 주입 수단은, 마찰전기식으로 전하부여될 수 있고 방사기와 접촉된 재료인, 정전 스프레이 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

통로에 의하여 공동에 연결되고 액체를 담는 저장부를 더 포함하는, 정전 스프레이 장치.
제 13 항에 있어서,

저장부로부터 방사기로의 액체의 유동은 유동 측정 장치에 의하여 모니터링되고, 바람직하게는 상기 장치가 한 쌍의 떨어져 이격된 압력 센서들 사이의 압력 강하를 측정하는, 정전 스프레이 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

통공은 0.1 과 lOOOμm 사이의 직경을 갖는, 정전 스프레이 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

통공은 0.1 과 50μm 사이의 직경을 갖는, 정전 스프레이 장치.
앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

기판은 스프레이 영역으로부터 이격되어 제공되어서, 스프레이된 액체는 그 기판의 표면 상에 침적되고, 이로써 그 위에 특징물(feature)을 형성하는, 정전 스프레이 장치.
제 17 항에 있어서,

기판은 실리콘인, 정전 스프레이 장치.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,

기판과 스프레이 영역 간의 상대적인 움직임을 제공하기 위한 수단을 포함하는, 정전 스프레이 장치.
제 19 항에 있어서,

기판 상에 형성되는 특징물들의 크기가 변화될 수 있도록, 기판과 스프레이 영역 간의 거리가 변화될 수 있는, 정전 스프레이 장치.
제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,

기판과 스프레이 영역 간의 상대적인 움직임은 기판의 평면에 대해 평행한 평면에 있는, 정전 스프레이 장치.
제 17 항에 있어서,

기판은 입자들 또는 분자들의 미리 조립된 단층(pre-assembled monolayer)으로 코팅되고, 그리고/또는 기판은 입자들 또는 분자들의 미리 조립된 하위-단층으로 코팅되는, 정전 스프레이 장치.
제 15 항에 있어서,

기판은 절연체, 반도체, 또는 도전체인, 정전 스프레이 장치.
제 16 항 내지 제 22 항 중의 어느 한 항에 있어서,

액체는 기판의 젖음 특성(wetting properties)을 변경시킬 수 있는 표면 변화 재료(surface modifying material)를 포함하는, 정전 스프레이 장치.
제 17 항에 있어서,

기판 표면은 다공성(porous)이거나 비다공성(nonporous)인, 정전 스프레이 장치.
앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

단일의 펄스에 의하여 배출되는 액체의 체적은, 0.1 펨토리터(femtoliter)와 1 펨토리터 사이, 또는 1 펨토리터와 1 피코리터(picoliter) 사이, 또는 1 피코리터와 100 피코리터 사이, 또는 100 피코리터와 10 나노리터(nanoliter) 사이, 또는 10 나노리터와 1 마이크로리터(microliter) 사이인, 정전 스프레이 장치.
앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

복수의 펄스들의 연속적인 배출에 의하여 침적되는 액체의 총 체적은, 0.1 펨토리터(femtoliter)와 0.1 피코리터(picoliter) 사이, 또는 0.1 피코리터와 1 나노리터(nanoliter) 사이, 또는 1 나노리터와 1 마이크로리터(microliter) 사이인, 정전 스프레이 장치.
앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

스프레이는, 1kHz 와 10kHz 사이, 또는 1Hz 와 100Hz 사이, 또는 10kHz 와 100kHz 사이, 또는 100Hz 와 1000Hz 사이, 또는 100kHz 와 1MHz 사이의 주파수로 일어나는, 정전 스프레이 장치.
앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

인쇄(printing)를 수행하도록 구성된, 정전 스프레이 장치.
앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

스프레이될 액체로서 잉크를 이용하도록 구성된, 정전 스프레이 장치.
앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

10^-6s/m 미만의 도전율, 바람직하게는 10^-8s/m 미만의 도전율을 갖는 액체를 이용하도록 구성된, 정전 스프레이 장치.
앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

스프레이 영역은, 정전기적으로 스프레이될 액체와 부분적으로 혼합가능하거나 또는 혼합불가능한 제2 유체 내에 위치된, 정전 스프레이 장치.
제 27 항에 있어서,

제2 유체는 정적(static)이거나 또는 유동하는 상(flowing phase)인, 정전 스프레이 장치.
앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

스프레이 영역은 하우징(housing) 내에 위치되고, 그 하우징은 공기, 가압된 기체, 진공, 이산화탄소, 아르곤 또는 질소를 포함하되 이에 국한되지 않는 기체 환경을 포함하는, 정전 스프레이 장치.
앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

정전 스프레이 장치는 복수의 방사기들을 포함하고, 각 방사기는 스프레이 영역에 인접한 액체에 전기장 또는 전하부여 전류를 인가하는 수단을 구비하는, 정전 스프레이 장치.
제 33 항에 있어서,

방사기들은 배열로 배치된, 정전 스프레이 장치.
제 33 항 또는 제 34 항에 있어서,

전기장 또는 전하부여 전류를 인가하기 위한 수단은, 각 스프레이 영역에서의 전기장 또는 전하부여 전류를 독립적으로 제어하도록 작동할 수 있는, 정전 스프레이 장치.
앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

정전 스프레이 장치는 전기장 또는 전하부여 전류를 인가하기 위한 수단에 연결된 고속 스위치(fast switch)를 더 구비하여, 정전 스프레이 장치가 액체를 배 출하는 시간을 정밀하게 제어하도록 그 고속 스위치에 의하여 전압 또는 전하부여 전류가 켜지거나 꺼지는, 정전 스프레이 장치.
앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

사용시에 액체는 가압되지 않은, 정전 스프레이 장치.
앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,

정전 스프레이 장치는 액체를 가압하기 위하여 기계적 펌프 또는 다른 어떤 수단을 포함하지 않는, 정전 스프레이 장치.
실질적으로 비도전성인 액체를 수용하고, 액체가 스프레이되어 나올 수 있는 스프레이 영역을 갖는, 방사기를 제공함; 및

액체 내로 전하를 주입함;을 포함하는 정전 스프레이 방법으로서,

실질적으로 비도전성인 액체가 정전기력에 의하여 스프레이 영역으로 전달되고,

전기장 강도 또는 전하부여 전류, 액체 점도, 및 전극 기하형태와 방사기 기하형태는, 전기장 또는 전하부여 전류가 인가되는 때에 정전 스프레이가 펄스 형태로 일어나도록 유발하게끔 선택되는, 정전 스프레이 방법.
제 41 항에 있어서,

방사기는 액체를 수용하기 위한 공동을 포함하고, 스프레이 영역은 그 공동과 유체 소통되는 통공인, 정전 스프레이 방법.
제 42 항에 있어서,

방사기는 튜브인, 정전 스프레이 방법.
제 41 항에 있어서,

방사기는 상승된 지점들을 갖는 표면이고, 스프레이 영역은 적어도 하나의 상승된 지점들에 위치된, 정전 스프레이 방법.
제 41 항 내지 제 44 항 중의 어느 한 항에 있어서,

복수의 방사기가 제공되고, 각 방사기에 인가되는 전기장 또는 전하부여 전류는 독립적으로 제어되는, 정전 스프레이 방법.
제 41 항 내지 제 45 항 중의 어느 한 항에 있어서,

기판은 스프레이 영역으로부터 이격되어 제공되고, 그 기판은 특징물(feature)이 기판에 형성되도록 스프레이되는 액체를 받는, 정전 스프레이 방법.
제 46 항에 있어서,

액체는 기판의 젖음 특성(wetting properties)을 변경시킬 수 있는 표면 변 화 재료(surface modifying material)를 포함하는, 정전 스프레이 방법.
제 41 항에 있어서,

특징물이 기판 상에 형성된 후에, 유체는 그 특징물로부터 증발하여, 표면 변화 재료가 그 특징물의 위치에서 기판 표면의 젖음 특성을 변경시키는 것을 허용하는, 정전 스프레이 방법.
제 46 항 내지 제 48 항 중의 어느 한 항에 있어서,

기판과 스프레이 영역 간에는 기판의 평면에 대해 평행한 평면으로의 상대적인 움직임이 있는, 정전 스프레이 방법.
제 36 항 내지 제 49 항 중의 어느 한 항에 있어서,

기판과 스프레이 영역 간의 거리가 변화되도록 기판과 스프레이 영역 간에는 상대적인 움직임이 있는, 정전 스프레이 방법.
제 41 항 내지 제 50 항 중의 어느 한 항에 있어서,

잉크를 스프레이함에 의한 인쇄(printing)를 포함하는, 정전 스프레이 방법.
제 41 항 내지 제 51 항 중의 어느 한 항에 있어서,

전하들은, 전압 공급부, 압전식 전하부여 장치, 또는 마찰전기식 전하부여 장치에 의하여 주입되는, 정전 스프레이 방법.
제 41 항 내지 제 52 항 중의 어느 한 항에 있어서,

액체는 10^-6 s/m 미만의 도전율, 바람직하게는 10^-8s/m 미만의 도전율을 갖는, 정전 스프레이 방법.
제 41 항 내지 제 53 항 중의 어느 한 항에 있어서,

전기 스프레이의 펄스들은 일정한 주파수로 방사되는, 정전 스프레이 방법.
제 36 항 내지 제 54 항 중의 어느 한 항에 있어서,

액체는 가압되지 않은, 방법.
액체를 수용하는 방사기로서, 액체가 스프레이되어 나올 수 있는 스프레이 영역을 갖는, 방사기; 및

액체에 시간-변화의(time-varying) 전기장 또는 전화부여 전류를 인가하는 수단;을 포함하는, 전기 스프레이 장치로서,

시간-변화의 전기장 또는 전하부여 전류의 강도가 문턱값 강도(threshold strength)보다 큰 때에, 전기장 또는 전하부여 전류가 인가되면서 전기 스프레이가 펄스 형태로 일어나고;

전기 스프레이가 일어나는 때에 액체는 정전기력에 의하여 스프레이 영역으로 이끌려 들어가며;

사용시, 시간-변화의 전기장 또는 전하부여 전류의 강도는 제로(zero)가 아닌, 전기 스프레이 장치.
제 56 항에 있어서,

시간-변화의 전기장 또는 전하부여 전류의 강도는, 제1 시간 기간 중에 적어도 하나의 전기 스프레이의 펄스들이 방사되고 또한 제2 시간 기간 중에 전기 스프레이가 방사되지 않도록 변화될 수 있는, 전기 스프레이 장치.
제 56 항에 있어서,

시간-변화의 전기장 또는 전하부여 전류의 강도는, 제1 시간 기간 중에 적어도 하나의 전기 스프레이의 펄스들이 방사되고 또한 제2 시간 기간 중에 적어도 하나의 전기 스프레이의 펄스들이 방사되도록 변화될 수 있으며,

제1 시간 기간 중의 펄스들의 방사 속도는 제2 시간 기간 중의 펄스들의 방사 속도와 상이한, 전기 스프레이 장치.
제 2 항 또는 제 58 항에 있어서,

제1 시간 기간의 길이는 제2 시간 기간의 길이와 실질적으로 동일한, 전기 스프레이 장치.
제 56 항 내지 제 59 항 중의 어느 한 항에 있어서,

시간-변화의 전기장 또는 전하부여 전류는 사각형 파동, 사인곡선형 파동, 톱니형 파동, 또는 삼각형 파동의 형태인 파형을 갖는, 전기 스프레이 장치.
제 56 항 내지 제 60 항 중의 어느 한 항에 있어서,

인가되는 전기장 또는 전하부여 전류는 사이클을 이루어 작동하는, 전기 스프레이 장치.
제 56 항 내지 제 61 항 중의 어느 한 항에 있어서,

액체에 시간-변화의 전기장 또는 전하부여 전류를 인가하는 수단은:

일정한 오프셋 전기장 또는 전하부여 전류 성분(constant offset electric field or charging current component)을 발생시키는 수단;

시간-변화의 성분을 발생시키는 수단; 및

상기 일정한 성분과 시간-변화의 성분을 조합하는 수단;을 포함하는, 전기 스프레이 장치.
제 56 항 내지 제 62 항 중의 어느 한 항에 있어서,

전기장 또는 전하부여 전류의 강도가 문턱값 강도를 초과하는 시간 길이를 변화시키는 수단을 포함하는, 전기 스프레이 장치.
제 63 항에 있어서,

전기장 또는 전하부여 전류의 강도는 상기 문턱값 강도를 초과하는 중에 실질적으로 일정한, 전기 스프레이 장치.
제 63 항 또는 제 64 항에 있어서,

듀티 사이클이 가변적으로 되도록 일정한 기간의 사이클 안에서 전기장 또는 전하부여 전류의 강도를 변화시키는 수단을 포함하는, 전기 스프레이 장치.
제 56 항 내지 제 65 항 중의 어느 한 항에 있어서,

10^-6 S/m 초과의 도전율을 갖는 도전성 액체를 전기 스프레이하기 위하여 액체에 전기장을 인가하는 수단, 또는 10^-6 S/m 미만의 도전율을 갖는 실질적으로 비도전성인 액체를 전기 스프레이하기 위하여 액체에 전하부여 전류를 인가하는 수단을 포함하는, 전기 스프레이 장치.
제 56 항 내지 제 66 항 중의 어느 한 항에 있어서,

스프레이된 액체가 기판의 표면 상에 침적되어서 기판 상에 특징물을 형성하도록 스프레이 영역으로부터 이격된 기판을 포함하는, 전기 스프레이 장치.
제 67 항에 있어서,

기판과 스프레이 영역 간의 상대적인 움직임을 제공하기 위한 수단을 포함하는, 전기 스프레이 장치.
제 56 항 내지 제 68 항 중의 어느 한 항에 있어서,

도전성 트랙(conductive track)의 제조를 위하여 구성된, 전기 스프레이 장치.
제 56 항 내지 제 69 항 중의 어느 한 항에 있어서,

디스플레이 스크린(display screen)의 제조를 위하여 구성된, 전기 스프레이 장치.
제 56 항 내지 제 69 항 중의 어느 한 항에 있어서,

기판 상에 또는 질량 분석기(mass spectrometer) 안으로 전기 스프레이의 펄스들을 방사하기 위하여 구성된, 전기 스프레이 장치.
제 56 항 내지 제 69 항 중의 어느 한 항에 있어서,

이미지 인쇄(printing image)를 위하여 구성된, 전기 스프레이 장치.
제 56 항 내지 제 69 항 중의 어느 한 항에 있어서,

적어도 하나의 단백질을 포함하는 액체를 전기 스프레이하기 위하여 구성된, 전기 스프레이 장치.
제 56 항 내지 제 69 항 중의 어느 한 항에 있어서,

플라스틱 기판, 그리고 바람직하게는 유연성 플라스틱 기판 상에의 전기 스프레이를 위하여 구성된, 전기 스프레이 장치.
제 56 항 내지 제 69 항 중의 어느 한 항에 있어서,

적어도 하나의 발광 폴리머(light-emitting Polymer) 또는 적어도 하나의 도전성 폴리머를 포함하는 액체를 전기 스프레이하기 위하여 구성된, 전기 스프레이 장치.
제 56 항 내지 제 69 항 중의 어느 한 항에 있어서,

조직 공학(tissue engineering)의 목적을 위하여 전기 스프레이하도록 구성된, 전기 스프레이 장치.
제 56 항 내지 제 69 항 중의 어느 한 항에 있어서,

경피 주입기(transdermal injector)로서 또는 네뷸라이저(nebuliser)로서의 이용을 위하여 구성된, 전기 스프레이 장치.
제 56 항 내지 제 69 항 중의 어느 한 항에 있어서,

바이오센서(biosensor) 또는 칩(chip) 상의 랩(lab)에 액체를 배분하기 위한 배분기(dispenser)로서 구성된, 전기 스프레이 장치.
제 56 항 내지 제 69 항 중의 어느 한 항에 있어서,

마스크리스 리소그래피(maskless lithography)를 위하여 구성된, 전기 스프레이 장치.
제 56 항 내지 제 69 항 중의 어느 한 항에 있어서,

메타물질(Metamaterials) 또는 광학 장치, 바람직하게는 격자(gratings) 또는 홀로그램(holograms)의 제조를 위하여 구성된, 전기 스프레이 장치.
액체를 수용하고, 액체가 스프레이되어 나갈 수 있는 스프레이 영역을 갖는, 방사기를 제공함;

방사기에 액체를 제공함; 및

액체에 시간-변화의 전기장 또는 전하부여 전류를 인가함;을 포함하는 전기 스프레이 방법으로서,

시간-변화의 전기장 또는 전하부여 전류의 강도는, 전기장 또는 전하부여 전류가 문턱값 강도보다 큰 때에 전기 스프레이가 펄스 형태로 일어나도록 유발하고;

전기 스프레이가 일어나는 때에 액체는 정전기력에 의하여 스프레이 영역으 로 끌려 들어가며;

사용시, 시간-변화의 전기장 또는 전하부여 전류의 강도는 제로가 아닌, 전기 스프레이 방법.
제 81 항에 있어서,

시간-변화의 전기장 또는 전하부여 전류의 강도는, 제1 시간 기간 중에 적어도 하나의 전기 스프레이의 펄스들이 방사되고 또한 제2 시간 기간 중에는 전기 스프레이가 방사되지 않도록 변화하는, 전기 스프레이 방법.
제 81 항에 있어서,

시간-변화의 전기장 또는 전하부여 전류의 강도는, 제1 시간 기간 중에 적어도 하나의 전기 스프레이의 펄스들이 방사되고 또한 제2 시간 기간 중에 적어도 하나의 전기 스프레이의 펄스들이 방사되도록 변화되며,

제1 시간 기간 중의 펄스들의 방사 속도는 제2 시간 기간 중의 펄스들의 방사 속도와 상이한, 전기 스프레이 방법.
제 82 항 또는 제 83 항에 있어서,

제1 시간 기간의 길이는 제2 시간 기간의 길이와 실질적으로 동일한, 전기 스프레이 방법.
제 81 항 내지 제 84 항 중의 어느 한 항에 있어서,

전기장 또는 전하부여 전류의 강도가 문턱값 강도를 초과하는 시간의 길이를 변화시킴을 포함하는, 전기 스프레이 방법.
제 81 항 내지 제 85 항 중의 어느 한 항에 있어서,

문턱값 강도를 초과하는 중에는 전기장 또는 전하부여 전류의 강도가 실질적으로 일정한, 전기 스프레이 방법.
제 81 항 내지 제 86 항 중의 어느 한 항에 있어서,

상기 방법은 일정한 기간의 사이클 내에서 전기장 또는 전하부여 전류의 강도를 변화시킴을 포함하고, 그 강도가 문턱값보다 큰 때의 듀티 사이클이 가변적인, 방법.
제 81 항 내지 제 87 항 중의 어느 한 항에 있어서,

도전성 트랙의 제조를 위해 이용되는, 방법.
제 81 항 내지 제 87 항 중의 어느 한 항에 있어서,

디스플레이 스크린의 제조를 위해 이용되는, 전기 스프레이 방법.
제 81 항 내지 제 87 항 중의 어느 한 항에 있어서,

질량 분석기 안으로 전기 스프레이의 펄스들을 방사하기 위해 이용되는, 전기 스프레이 방법.
제 81 항 내지 제 87 항 중의 어느 한 항에 있어서,

이미지 인쇄를 위해 이용되는, 전기 스프레이 방법.
제 81 항 내지 제 87 항 중의 어느 한 항에 있어서,

전기 스프레이되는 액체는 적어도 하나의 단백질을 포함하는, 방법.
제 81 항 내지 제 87 항 중의 어느 한 항에 있어서,

플라스틱 기판, 바람직하게는 유연성 플라스틱 기판 상에 전기 스프레이하기 위하여 이용되는, 방법.
제 81 항 내지 제 87 항 중의 어느 한 항에 있어서,

적어도 하나의 발광 폴리머 또는 적어도 하나의 도전성 폴리머를 포함하는 액체를 전기 스프레이하기 위하여 이용되는, 방법.
제 81 항 내지 제 87 항 중의 어느 한 항에 있어서,

조직 공학의 목적을 위하여 이용되는, 방법.
제 81 항 내지 제 87 항 중의 어느 한 항에 있어서,

경피 주입기로서 또는 네뷸라이저로서 이용되는, 방법.
제 81 항 내지 제 87 항 중의 어느 한 항에 있어서,

바이오센서 또는 칩 상의 랩에 액체를 배분하기 위하여 이용되는, 방법.
제 81 항 내지 제 87 항 중의 어느 한 항에 있어서,

마스크리스 리소그래피를 위하여 이용되는, 방법.
제 81 항 내지 제 87 항 중의 어느 한 항에 있어서,

메타물질(Metamaterials) 또는 광학 장치, 바람직하게는 격자(gratings) 또는 홀로그램(holograms)의 제조를 위하여 이용되는, 방법.