Dispositivo de pulverización electrostática y procedimiento de pulverización electrostática.

Un aparato de pulverizacion electrostatica para dispensar un volumen controlado de un liquido no conductor enimpulsos sobre un sustrato (9),

comprendiendo el aparato:

un emisor (30) que tiene un area de pulverizacion a partir de la que puede pulverizarse el liquido;

un electrodo (34) que tiene una abertura; y

unos medios para inyectar cargas en el liquido, en el que los medios se encuentran en comunicacion defluidos con el liquido, mediante lo cual, durante el uso, el liquido se entrega al area de pulverizacion porfuerzas electrostaticas y la pulverizacion electrostatica tiene lugar en impulsos uniformes a traves de laabertura del electrodo (34) y sobre el sustrato (9) mientras que las cargas se inyectan;

estando el aparato de pulverizacion electrostatica caracterizado por que los medios para inyectar cargascomprenden un controlador configurado y dispuesto para inyectar las cargas aplicando un voltaje constanteentre el emisor (30) y el electrodo (34).

Dispositivo de pulverización electrostática y procedimiento de pulverización electrostática La presente invención se refiere a un aparato de pulverización electrostática y un procedimiento de pulverización electrostática.

En las técnicas de atomización electrostática o de electropulverización convencionales, la superficie de un líquido electrolítico, típicamente de una conductividad mayor que 10–8 S/m, se carga por un campo eléctrico aplicado, 10 típicamente del orden de alrededor de 106 V/m. La pulverización tiene lugar cuando las fuerzas electrostáticas sobre la superficie del fluido superan la tensión superficial del líquido. El régimen de pulverización más estable es el del modo de chorro de cono, en el que el equilibrio entre las fuerzas electrostática y de tensión superficial crean un cono de Taylor, a partir del vértice del cual se emite un chorro de líquido. Este chorro de cono estable sólo tiene lugar dentro de un intervalo particular de caudal de líquido y de voltaje aplicado. Cuando el voltaje y/o el caudal están por debajo de los que se requieren para un chorro de cono estable, entonces tienen lugar otros regímenes de pulverización, lo que incluye modo de husillo, goteo, electrogoteo.

Un procedimiento de electropulverización particular que se usa comúnmente en la espectrometría de masas de ionización por electropulverización, tal como se describe en el documento Int. J. Mass Spectrom. Ion processes 20 1994, 136, 167–180, se conoce como nanoelectropulverización. Una característica de la nanoelectropulverización es que el caudal puede estar dictado por el voltaje aplicado y la geometría del tubo, en particular el diámetro de salida. Esto tiene la ventaja de que puede conseguirse la electropulverización sin el uso de bombas o válvulas para forzar el líquido desde un depósito hasta la salida. La capacidad de eyectar o depositar de forma controlable pequeños volúmenes de fluido usando el presente procedimiento se ha identificado en el documento J. Aerosol Sci. 2007, 38, 315–324 como una técnica prometedora para modelar superficies con una gama de fluidos.

En la pulverización electrostática de fluidos aislantes, con una conductividad menor de 10–8 S/m, la conductividad intrínseca no es suficiente para producir una carga superficial lo bastante grande bajo el voltaje aplicado de una forma similar a la del comportamiento de electropulverización convencional observado con los fluidos de 30 conductividad más alta, tal como se describe anteriormente. No obstante, se ha mostrado que, si se usa una geometría de electrodos particular, por ejemplo, usando una aguja afilada como electrodo sumergido en el fluido, es posible inyectar cargas en el fluido aislante para permitir que el líquido experimente una pulverización y expulsión a chorro tal como se describe en el documento J. Appl. Phys., 1976, 47, 5, 1964–1969. De esta forma, es posible desarrollar una carga superficial suficiente para pulverizar los líquidos dieléctricos de unos modos similares a los que se observan en la electropulverización convencional. El mecanismo de la inyección de carga no está limitado a una fuente de alimentación de alto voltaje e incluye, pero no está limitado a, dispositivos piezoeléctricos y carga generada triboeléctricamente.

Asimismo, a partir del documento J. Appl. Phys. 1998, 64, 4278–4284 se conoce que, para fluidos aislantes cuando el voltaje es inferior que el requerido para producir un modo de tipo chorro de cono estable, el menisco de líquido puede experimentar oscilaciones entre un chorro de cono cuasiestable y una gota deformada. Esto da como resultado una pulverización por impulsos con la emisión intermitente de gotitas de fluido a partir de la superficie del líquido. La producción de los impulsos requirió un caudal de fluido constante, proporcionado por una bomba o un fluido presurizado.

45 En otras técnicas conocidas de electropulverización o de atomización electrostática, la electropulverización tiene lugar de forma continua mientras que se aplica un voltaje o una corriente de carga al líquido que va a pulverizarse. El control del volumen de líquido que puede electropulverizarse está, por lo tanto, relativamente limitado, debido a que cualquier variación en el tiempo durante el que se aplica el voltaje o la corriente de carga afecta directamente al 50 volumen de líquido pulverizado.

El procedimiento conocido de pulverización electrostática de fluido aislante tiene la desventaja de que, con el fin de iniciar y detener la pulverización, es necesario iniciar y detener el procedimiento de bombeo. No es posible controlar con precisión el inicio y la detención de la bomba. En un aparato de este tipo, incluso si se apaga el campo eléctrico 55 o la corriente de carga, la bomba continuará entregando líquido a la salida del tubo o al área de pulverización, dando como resultado un goteo. Esto significa que no es posible un control preciso de la pulverización de líquido.

El documento US2006/0262163 describe un dispositivo de descarga de fluido de tipo de succión electrostática que descarga material a partir de una boquilla sobre un sustrato aislante, usando un voltaje de impulso bipolar.

60 El documento US2007/0101934 describe un procedimiento y dispositivo de descarga de fluido de tipo de succión electrostática para aplicar un fluido conductor sobre un sustrato no conductor.

El documento WO 01/71311 da a conocer un aparato de pulverización electrostática de acuerdo con el preámbulo 65 de la reivindicación 1.

De acuerdo con un primer aspecto, la presente invención proporciona un aparato de pulverización electrostática tal como se describe en la reivindicación 1.

Esto tiene la ventaja de que el aparato de pulverización electrostática proporciona unos impulsos fiables de gotitas 5 de líquido no conductor pulverizadas que pueden iniciarse y detenerse con precisión.

De acuerdo con un segundo aspecto, la presente invención proporciona un procedimiento de pulverización electrostática tal como se describe en la reivindicación 13.

En el líquido o fluido pueden inyectarse unas cargas o bien positivas o bien negativas.

Opcionalmente, los medios para inyectar cargas en el líquido o fluido son un conductor en punta tal como, por ejemplo, un alfiler o aguja de metal, que tiene una punta ahusada o afilada. Esto ayuda a la inyección de carga, en especial para fluidos o líquidos no conductores.

Opcionalmente, la punta puede estar completamente sumergida dentro del líquido. La punta puede encontrarse también dentro del emisor. La punta no puede, por lo tanto, sobresalir a través de una abertura del emisor. El emisor puede ser una cavidad o capilar que tiene una abertura o agujero. La punta puede encontrarse también en el interior de la cavidad y, por lo tanto, no extenderse a través de la abertura de la cavidad, es decir, por delante de la abertura. Esto mejora la inyección de carga, mejorando de ese modo la fiabilidad y la naturaleza regular de los impulsos o gotas emitidas y también puede reducir la aparición de un chorro o gotas descomponiéndose en unas gotitas más pequeñas y más irregulares. Esto puede ser de particular importancia para fluidos o líquidos no conductores.

Esto tiene la ventaja de que el aparato de pulverización electrostática proporciona unos impulsos fiables de las 25 gotitas de líquido pulverizado, formando un volumen controlable con precisión de líquido pulverizado.

Preferiblemente, puede hacerse que la intensidad de la corriente de carga o el campo eléctrico variable con el tiempo varíe, de tal modo que uno o más impulsos de electropulverización se emiten durante un primer periodo de tiempo, y uno o más impulsos de electropulverización se emiten durante un segundo periodo de tiempo; en el que la tasa de emisión de impulsos en el primer periodo de tiempo es diferente de la tasa de emisión de impulsos en el segundo periodo de tiempo.

Preferiblemente, la longitud del primer periodo de tiempo es sustancialmente la misma que la longitud del segundo periodo de tiempo.

Preferiblemente, se proporcionan unos medios para hacer que varíe la cantidad de tiempo que la intensidad del campo eléctrico o la corriente de carga se encuentra por encima de la intensidad umbral.

Preferiblemente, la intensidad del campo eléctrico o la corriente de carga es sustancialmente constante mientras que se encuentra por encima de la intensidad umbral.

Opcionalmente,... [Seguir leyendo]

1. Un aparato de pulverización electrostática para dispensar un volumen controlado de un líquido no conductor en impulsos sobre un sustrato (9) , 5 comprendiendo el aparato:

un emisor (30) que tiene un área de pulverización a partir de la que puede pulverizarse el líquido; un electrodo (34) que tiene una abertura; y unos medios para inyectar cargas en el líquido, en el que los medios se encuentran en comunicación de fluidos con el líquido, mediante lo cual, durante el uso, el líquido se entrega al área de pulverización por fuerzas electrostáticas y la pulverización electrostática tiene lugar en impulsos uniformes a través de la abertura del electrodo (34) y sobre el sustrato (9) mientras que las cargas se inyectan; estando el aparato de pulverización electrostática caracterizado por que los medios para inyectar cargas comprenden un controlador configurado y dispuesto para inyectar las cargas aplicando un voltaje constante entre el emisor (30) y el electrodo (34) .

2. Un aparato de pulverización electrostática tal como se reivindica en la reivindicación 1, en el que el emisor (30) comprende una cavidad para recibir líquido, y el área de pulverización es una abertura en comunicación de fluidos con la cavidad.

3. Un aparato de pulverización electrostática tal como se reivindica en la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que los medios para inyectar cargas son un material que puede cargarse triboeléctricamente y ponerse en contacto con el emisor (30) .

25 4. Un aparato de pulverización electrostática tal como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se proporciona un sustrato (9) separado del área de pulverización, de tal modo que el líquido pulverizado se deposita sobre una superficie del sustrato (9) , formando de ese modo una característica sobre el mismo.

5. Un aparato de pulverización electrostática tal como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el volumen de líquido eyectado por un único impulso es de entre 0, 1 femtolitros y 1 femtolitro, o de entre 1 femtolitro y 1 picolitro, o de entre 1 picolitro y 100 picolitros, o de entre 100 picolitros y 10 nanolitros, o de entre 10 nanolitros y 1 microlitro.

35 6. Un aparato de pulverización electrostática tal como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el volumen total de líquido depositado por la eyección sucesiva de múltiples impulsos es de entre 0, 1 femtolitros y 0, 1 picolitros, o de entre 0, 1 picolitros y 1 nanolitro, o de entre 1 nanolitro y 1 microlitro.

7. Un aparato de pulverización electrostática tal como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la pulverización tiene lugar a una frecuencia de entre 1 kHz y 10 kHz, o de entre 1 Hz y 100 Hz, o de entre 10 kHz y 100 kHz, o de entre 100 Hz y 1.000 Hz o de entre 100 kHz y 1 MHz.

8. Un aparato de pulverización electrostática tal como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el aparato se configura para realizar una impresión. 45

9. Un aparato de pulverización electrostática tal como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el aparato se configura para usar un líquido que tiene una conductividad menor de 10–6 S/m, y preferiblemente menor de 10–6 S/m.

10. Un aparato de pulverización electrostática tal como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una pluralidad de emisores (30) , teniendo cada emisor (30) unos medios para aplicar un campo eléctrico o una corriente de carga a un líquido adyacente al área de pulverización.

11. Un aparato de pulverización electrostática tal como se reivindica en la reivindicación 10, en el que los emisores 55 se disponen en una disposición ordenada.

12. Un aparato de pulverización electrostática tal como se reivindica en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende un conmutador de acción rápida conectado a los medios para aplicar un campo eléctrico o una corriente de carga de tal modo que el voltaje o la corriente de carga se apaga o se enciende por el conmutador de acción rápida para controlar con precisión el tiempo durante el que eyecta líquido el aparato de pulverización electrostática.

13. Un procedimiento de pulverización electrostática de un volumen controlado de un líquido no conductor en impulsos sobre un sustrato (9) , que comprende las etapas de:

65 proporcionar un emisor (30) para recibir el líquido no conductor, teniendo el emisor (30) un área de pulverización a partir de la que puede pulverizarse líquido, proporcionar un electrodo (34) que tiene una abertura; inyectar cargas en el líquido; mediante lo cual el líquido no conductor se entrega al área de pulverización por fuerzas electrostáticas y la pulverización electrostática tiene lugar en impulsos uniformes a través de la abertura del electrodo (34) y sobre el sustrato (9) mientras que las cargas se inyectan, en el que las cargas se inyectan aplicando un voltaje constante entre el emisor (30) y el electrodo (34) .

14. Un procedimiento de pulverización electrostática tal como se reivindica en la reivindicación 13, en el que el emisor (30) comprende una cavidad para recibir líquido, y el área de pulverización es una abertura en comunicación de fluidos con la cavidad.

15. Un procedimiento de pulverización electrostática tal como se reivindica en la reivindicación 13 o la reivindicación 14, en el que se proporciona una pluralidad de emisores (30) , y el campo eléctrico o la corriente de carga que se 15 aplica a cada emisor (30) se controla de forma independiente.