Ponts liquides électrohydrodynamiques sont distincts des ponts liquides capillaires par trois propriétés: 1) flux, 2) l'extensibilité, 3) l'émission thermique; une comparaison est représentée sur la Figure 2. Avant l'application de la tension de petits ponts capillaires sont souvent observables entre les deux récipients, lorsque le niveau de liquide est au même niveau les becs dans la configuration horizontale. Ils sont inévitables dans la configuration verticale lorsque la distance de séparation est inférieure à quelques millimètres.
Tension peut être appliquée dans une rampe (voir 3.4.2.1 dans le protocole) ou pas (voir 3.4.2.2 dans le protocole). Des tensions inférieures à la valeur de seuil (Vt) ne produira pas un pont JEP mais peut déclencher plusieurs autres phénomènes tels que l'expansion de volume de liquide (figure 4), le mouvement ascendant du liquide ligne de contact de l'électrode (Figure 5), la rotation et la circulation du liquide masse (figure 6), electrospraying et la formation du jet (figure 7). V t est une propriété du liquide diélectrique à l'étude, la concentration et le type de constituants présents, de même que l'atmosphère protectrice utilisés. Le seuil d'allumage est également une fonction de séparation de la cuve. Bien allumage pont est possible avec des séparations de plusieurs millimètres de la tension appliquée doit être supérieure et une plus longue période de repos peut être observé avec électronébulisation plus violent liquide avant qu'une connexion stable est formé. Par exemple, avec des réservoirs remplis d'eau séparés par 5 mm, V T augmente jusqu'à 17 à 20 kV ou plus.
Une fois que V t est dépassée d'une combinaison de marques d'arc et la pulvérisation d'allumage (figures 8a, 9a) immédiatement suivie par la formation d'un pont mince <1 mm de diamètre. Une fois que le pont est établi circulation du courant suivie par un gonflement de la passerelle (figures 8b, 9b) àDiamètre de 5.3 mm selon les conditions. Dans la plupart des liquides étudiés à ce jour le temps de contact en pont entre le gonflement est de 10 à 500 ms et est en grande partie fonction de la tension appliquée, la distance de séparation, et viscosité 8,22,37 liquide.
Dans les ponts horizontaux direction d'écoulement est fonction des conditions spécifiques de liquide. Typiquement, le flux net s'étend de l'anode vers la cathode quand la polarité de la haute tension est positive. Lors de l'extension (figure 8c) dont le diamètre varie généralement dans les basses fréquences entre 1-10 Hz. Oscillations de fréquences plus élevées se produisent également et sont visibles sous forme d'ondes de surface. Optiquement ondes de densité actifs sont visibles dans le corps de pont quand rétroéclairé avec un motif de franges binaire. La fonction de réponse spécifique du système dépend à la fois du système de liquide, ainsi que des caractéristiques d'alimentation électrique.
Ponts verticaux sont similaires à bien des égards à hceux orizontal; Toutefois, ceux-ci ne fournissent aucune preuve de débit massique forte et ont généralement une forme d'amphore comme exagérée. L'augmentation de la tension d'attaque d'une colonne cylindrique plus de liquide et l'extensibilité (Figure 9c) est un peu mieux que dans les ponts horizontales (par exemple, 1,25 mm / kV pour l'eau). Comme ponts horizontaux ponts verticaux peuvent se former sans contact direct entre les corps fluides avant tension. Dans ce cas, un cône de Taylor est observée pour former des gouttelettes sur la partie supérieure pendante. Ce spray s'étendra vers le bas formant un jet stable qui gonfle rapidement au contact de la goutte sessile inférieure.
Contrairement electrosprays, ponts JEP dans les liquides diélectriques polaires dissipent de l'énergie sous la forme de deux thermique ainsi que l'infrarouge (IR) rayonnement non thermique 44. Enregistrement thermographique de ponts liquides (figures 7-10) est un outil utile pour étudier la dynamique d'écoulement de surface ainsi que pour quantifying le dans operando IR distribution active de l'énergie. Émission thermique est due en grande partie à chauffage ohmique et est donc une mesure sensible de la stabilité des ions différents liquides ont tendance à la chaleur différente, étant donné la même dissipation de puissance. Par exemple, les ponts d'eau (Figure 9c) fonctionnent généralement entre 35-50 ° C, et les ponts de l'alcool courent quelques degrés plus froid en raison à la fois de la pression de vapeur inférieure ainsi que des différences dans la stabilité d'ions 39. Une autre illustration de ce problème se trouve lié dans le DMSO aprotique qui a une pression de vapeur faible et forme des ions négatifs qui migrent dans la direction opposée à la plupart des autres liquides polaires. DMSO ponts ont tendance à fonctionner à des températures proches de 100 ° C (Figure 10a). La viscosité et la capacité de chaleur joue également un rôle important dans la façon dont l'énergie thermique est dissipée dans le système comme on peut le voir par le chauffage localisé trouvé dans les ponts de glycérol (Figure 10b).
(figures 8d, 9d) jusqu'à une valeur critique est atteinte et instabilités Plateau-Rayleigh perturber l'(8e de figures, 9e) du pont de ligand comme dans une chaîne de gouttelettes qui vont migrer dans le champ électrique. Un autre mode de rupture de pont, habituellement disponible uniquement dans la configuration horizontale, se produit lorsque le diamètre de pont devient trop importante résultant en grande masse et un jet d'eau vers le bas. Ce problème peut conduire à des oscillations du pont produisant un effet "d'oscillation" qui peut provoquer le pont de déstabiliser encore en gouttelettes. Brid de grand diamètreges peuvent se produire en raison de l'excès de pression de colonne d'eau dans un récipient en raison d'un écoulement unidirectionnel qui se traduit par une condition de dépassement; en variante, l'augmentation de la tension à des valeurs élevées avec seulement petite séparation produira une très large pont ou "route de l'eau." Ces grands ponts de diamètre peuvent également échouer par s'effondrer dans une grande goutte qui tombe vers le bas par gravité.

Figure 1: L'équipement de base pour JEP expériences de pont liquide. Représentation schématique de (b) système expérimental horizontal (a) et vertical typique pour la création de ponts liquides JEP. Certains détails mécaniques tels que pattes de fixation et les supports d'électrodes sont omis pour plus de clarté. Les composants essentiels sont des navires liquides (i), plates-formes ou mo isolantsRTNU (j), (k) des électrodes, et une alimentation à haute tension (M). Platines de translation linéaire sont recommandées pour la séparation sûre entre les deux bâtiments, une fois un pont est établi. Le bâton mort représenté sur la panneau (c) est assemblé à partir d'un morceau de matériau non conducteur rigide (p), une tige de métal conductrice (q), et plusieurs tours de ruban électrique appliqué de manière Crisscrossed ou autre matériau de fixation (r) . La fin de métal est utilisé pour former un court-circuit entre les deux électrodes après la conclusion des expériences pour s'assurer que le circuit est déchargée avant de manutention. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 2: Comparaison des capillaires et JEP ponts d'eau.Un pont capillaire horizontal ne peut s'étendre sur un petit intervalle de 1,5 mm (un), alors que, les ponts EHD horizontales à trois tensions différentes 4 kV (b), 6 kV (c), 8 kV (d) passent facilement de l'écart. Notez que les ponts EHD s'écoulent sur les becs alors un pont capillaire est suspendu entre les becs. De même, le pont capillaire vertical (e) a une taille étroite (~ 1,5 mm de diamètre.) Et ne peut être prolongée ~ 3.3 mm contrairement ponts JEP verticales qui sont extensibles. Trois ponts EHD entraînés à 4 kV (f), 6 kV (g), et 8 kV (h) à la même distance de séparation que le pont capillaire sont montrées. Tension plus élevée augmente le diamètre de la taille du pont, la vitesse d'écoulement et le chauffage a augmenté en raison de l'augmentation de la dissipation d'énergie dans le pont. Une augmentation de la formation de bulles est également observée pour des tensions plus élevées que la solubilité du gaz diminue quand la température augmente. La barre d'échelledans tous les cadres est de 1 mm. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 3: Courbes caractéristiques pour un pont d'eau liquide. L'relation courant-tension pour des ponts d'eau liquide à 0, 5, 10, 15 mm de distance de séparation est tracée. Un seuil en deçà duquel aucun pont liquide se forme (voir encadré photo en bas à gauche), et un seuil supérieur au-dessus duquel les ponts sont instables (photo en médaillon 1-4) délimitent la région de stabilité. Pour la plupart des ponts avec une extension mesurable (par exemple ≥ 5 mm) la dissipation de la puissance totale est comprise entre 10 et 20 watts. La rupture d'un pont au-delà du seuil supérieur sera souvent suivre une séquence d'événements progressant de opérat normaleion (encadré 1), à des fuites (encadré 2), le relâchement (encadré 3), et enfin la rupture (en médaillon 4). S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 4 d'expansion de volume. L'ensemble de la surface du liquide de deux récipients peut être vu à augmenter en réponse au champ électrique appliqué à l'aide d'un motif de franges projetées binaire. Deux béchers en téflon remplis d'eau sont imagés avec un motif frange projeté à deux différentes tensions appliquées a) 0 kV et b) 15 kV. Le changement de la frange projetée (panneau c) sont analysées en utilisant le logiciel IDEA 33 qui utilise une transformée de Fourier filtré pour convertir les variations de la fréquence de modulation de franges d'unl'élévation relative de la hauteur. La non-uniformité de la transition détectée est due à la faible fréquence spatiale de la frange et des objets projetés en raison de la transformée en cosinus discrète méthode de déroulement de phase en fonction. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 5 Dielectrophoresis et Electromouillage. La réponse électromécanique de glycérol à des champs électriques à haut potentiel. Deux électrodes de platine immergée dans le glycérol anhydre à 0 kV (a), et 19 kV (b) montrent comment le liquide est fortement entraîné vers le haut. Dans une modification de l'expérience de Pellat levé le volume est complètement retiré du réservoir de sous-tendant un rendement bridg EHD de glycérole eu lieu entre les deux électrodes (c). De même, dans le cas de la forme de tiges d'électrodes (d) la ligne de contact avance jusqu'à l'électrode d'application de 15 kV (e) soulever les électrodes tire le corps liquide vers le haut pour former tronc de cône (f) indiquant le mouillage amélioré généré par la forte domaines. Les barres d'échelle sont de 5 mm. Des photographies prises à partir de vidéos supplémentaires S1 (courant alternatif) et S2 (df). S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 6 Sumoto effet visualisées dans l'infrarouge. D'une séquence d'images infrarouges d'un seul récipient de glycérol dans un champ électrique non homogène fourni en utilisant une électrode de plan simple pointsystème représenté dans la lumière visible dans le panneau (a). Puissance (19 kV DC) est appliqué à t = 0 sec. Refroidissement de la surface locale se produit au-dessous de l'électrode de pointe (t = 15 s) Ce refroidissement local se propage à travers la surface et développe des hétérogénéités, la production d'une force de rotation tandis que immédiat est initialement faible et nécessite environ 75 secondes à devenir visibles à la surface. Temps entre les images est de 15 sec. La barre d'échelle est de 10 mm. Stills de vidéo supplémentaire S3. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 7 refroidissement pré-allumage dans un système de pont vertical de 10 mm de distance de séparation. L'cône supérieur Taylor et la goutte sessile inférieure d'un pont d'eau vertical set-u p sont indiqués en gros plan pendant une rampe de tension. Les images sont dans l'infrarouge à ondes longues et représentent la surface d'émission. A partir des images y est un refroidissement constant et de l'allongement (ad) des deux surfaces liquides, la tension appliquée est augmentée à la fois d'atteindre une température minimale de 1 à 2 ° C en dessous de départ (a) juste avant l'éjection d'un jet (e) le cône supérieur de Taylor. La gouttelette inférieure recule avant le jet chargé mais rejoint rapidement après contact (ef), l'émission augmente rapidement comme un pont liquide EHD stable est établi (g). la réduction de la température a été confirmée en utilisant une fibre optique thermo-sonde. La goutte sessile inférieure est ~ 2 ° C plus chaud que le cône supérieur en raison de l'opération précédemment; typiquement le récipient à haute tension permettra d'atteindre une température un peu plus élevée. Stills de vidéos supplémentaires S4 (haut cône) et S5 (gouttelettes en bas).télécharger / 51819 / 51819fig7highres.jpg "target =" _blank "> S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

Figure 8 images thermographiques d'un pont d'eau horizontal de l'allumage à l'extinction. Série de représentant de composite ondes moyennes (3,7 à 5,0 um) et grande longueur d'onde (de 8,0 à 9,4 um) des images infrarouges qui caractérisent les étapes opérationnelles pour les ponts liquides horizontales affichées pour eau: (a) l'allumage, (b) le développement, (c) l'extension, (d) la stabilisation, (e) la rupture. Dans cette séquence d'image le pont a été éteint par couper l'alimentation du système. Stills de supplémentaire S6 vidéo. S'il vous plaît cliquer ici pour voir uneplus grande version de ce chiffre.

. Figure 9 images thermographiques d'un pont vertical de l'eau de l'allumage à l'extinction de série représentant de l'infrarouge à ondes longues (7,5-9,0 um) des images qui caractérisent les étapes opérationnelles pour les ponts liquides verticaux présentés pour l'eau: (a) l'allumage, (b) l'expansion , (c) tension réduite, (d) la formation de ligand, (e) la rupture en gouttelettes sous l'influence de l'instabilité de Rayleigh-Plateau. Le temps écoulé est indiqué en ms. Le contraste de fond a été ajusté dans les dernières images pour améliorer la visualisation de gouttelettes. Stills de vidéo supplémentaire S7. S'il vous plaît cliquer ici pour voir une plus grande version de ce chiffre.

Figure 10. images thermographiques de ponts horizontaux dans le DMSO et le glycérol. Diméthylsulfoxyde (DMSO) (a) et le glycérol (b) dans un pont émission composite de mi-onde (3,7 à 5,0 pm) et de l'infrarouge à ondes longues (de 8,0 à 9,4 um). Stills de vidéos supplémentaires S8 (DMSO) et S9 (glycérol). S'il vous plaît cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.