The onset of electrospray: the universal scaling laws of the first ejection

Abstract

Se investigada teórica y experimentalmente la desintegración de gotas líquidas con baja conductividad eléctrica y sujetas a un campo eléctrico. Esta desintegración tiene lugar a través del desarrollo de una cúspide cónica que eventualmente expulsa un ligamento líquido muy delgado. Emite una primera gota diminuta desde el final del ligamento. Debido a su excepcional tamaño pequeño y gran carga eléctrica por unidad de volumen, esa disminución ha sido objeto de importantes estudios recientes. En este papel, se proponen y validan, desde un punto de vista cualitativo y experimental, leyes de escala universal para el diámetro y la carga eléctrica de la primera gota. Nuestro análisis muestra cómo cargar la relajación en el mecanismo que distingue la aparición de electrospray, incluida la primera gota, desde las clásicas de eyección cono-jet de modo constante. De esta manera, nuestro estudio identifica cuándo y dónde cargar la relajación y fenómenos electrocinéticas de electrospray y como entran en juego, un tema de controversia actual en el campo.

The disintegration of liquid drops with low electrical conductivity and subject to an electric field is investigated both theoretically and experimentally. This disintegration takes place through the development of a conical cusp that eventually ejects an ultrathin liquid ligament. A first tiny drop is emitted from the end of this ligament. Due to its exceptionally small size and large electric charge per unit volume, that drop has been the object of relevant recent studies. In this paper, universal scaling laws for the diameter and electric charge of the first issued droplet are proposed and validated both numerically and experimentally. Our analysis shows how charge relaxation is the mechanism that differentiates the onset of electrospray, including the first droplet ejection, from the classical steady cone-jet mode. In this way, our study identifies when and where charge relaxation and electrokinetic phenomena come into play in electrospray, a subject of live controversy in the field.