ชื่อ"อิเล็กโทรสเปรย์"ใช้เรียกอุปกรณ์ที่ใช้ไฟฟ้าในการกระจายของเหลว หรือละอองละเอียดที่เกิดจากกระบวนการนี้ โดยจะใช้แรงดันไฟฟ้าสูงกับของเหลวที่ไหลผ่านตัวปล่อย (โดยปกติจะเป็นหลอดแก้วหรือโลหะ) ในอุดมคติแล้ว ของเหลวที่ไปถึงปลายตัวปล่อยจะก่อตัวเป็นรูปทรงกรวยเทย์เลอร์ซึ่งจะพ่นของเหลวออกมาทางปลายกรวย คลื่นที่ไม่สม่ำเสมอที่ผิวของของเหลวที่พ่นออกมาจะทำให้เกิดหยดของเหลวขนาดเล็กและมีประจุสูง ซึ่งจะกระจายตัวออกไปในแนวรัศมีเนื่องจากแรงผลัก ของคูลอมบ์

ในช่วงปลายศตวรรษที่ 16 วิลเลียม กิลเบิร์ต^{[ 1 ]}ได้เริ่มอธิบายพฤติกรรมของปรากฏการณ์แม่เหล็กและไฟฟ้าสถิต เขาพบว่าเมื่อมีอำพันที่มีประจุอยู่ หยดน้ำจะเปลี่ยนรูปเป็นกรวย ผลกระทบนี้มีความเกี่ยวข้องอย่างชัดเจนกับอิเล็กโทรสเปรย์ แม้ว่ากิลเบิร์ตจะไม่ได้บันทึกการสังเกตใดๆ ที่เกี่ยวข้องกับการกระจายตัวของของเหลวภายใต้ผลของสนามไฟฟ้าก็ตาม

ในปี ค.ศ. 1750 นักบวชและนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสJean-Antoine (Abbé) Nolletสังเกตว่าน้ำที่ไหลออกจากภาชนะจะกลายเป็นละอองลอยหากภาชนะนั้นถูกทำให้มีกระแสไฟฟ้าและวางไว้ใกล้กับพื้นดิน^{[ 2 ]}

ในปี พ.ศ. 2425 ลอร์ดเรย์ลีย์ได้ประมาณค่าทางทฤษฎีของปริมาณประจุสูงสุดที่หยดของเหลวสามารถนำพาได้^{[ 3 ]}ซึ่งปัจจุบันเรียกว่า "ขีดจำกัดของเรย์ลีย์" เขาทำนายว่าหยดของเหลวที่ถึงขีดจำกัดนี้จะพ่นของเหลวออกมาเป็นลำเล็กๆ ซึ่งได้รับการยืนยันในปี พ.ศ. 2537 ^{[ 4 ]}

ในปี พ.ศ. 2457 จอห์น เซเลนีได้ตีพิมพ์ผลงานเกี่ยวกับพฤติกรรมของหยดของเหลวที่ปลายหลอดแก้วแคปิลลารี^{[ 5 ]}รายงานฉบับนี้นำเสนอหลักฐานเชิงทดลองสำหรับโหมดการทำงานของอิเล็กโทรสเปรย์หลายแบบ (หยด, พุ่ง, เป็นจังหวะ และแบบเจ็ททรงกรวย) ^{[ 6 ]}ไม่กี่ปีต่อมา เซเลนีได้บันทึกภาพไทม์แลปส์แรกของเมนิสคัสของเหลวแบบไดนามิก^{[ 7 ]}

ระหว่างปี พ.ศ. 2507 ถึง พ.ศ. 2512 เซอร์ เจฟฟรีย์ อิงแกรม เทย์เลอร์ได้สร้างพื้นฐานทางทฤษฎีของการพ่นด้วยไฟฟ้า^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]}เทย์เลอร์ได้จำลองรูปร่างของกรวยที่เกิดจากหยดของเหลวภายใต้ผลของสนามไฟฟ้า รูปร่างหยดลักษณะเฉพาะนี้ปัจจุบันเรียกว่ากรวยเทย์เลอร์นอกจากนี้เขายังทำงานร่วมกับ เจ.อาร์. เมลเชอร์ เพื่อพัฒนา "แบบจำลองไดอิเล็กทริกรั่ว" สำหรับของเหลวที่เป็นตัวนำ^{[ 11 ]}

จำนวนสิ่งพิมพ์เกี่ยวกับอิเล็กโทรสเปรย์เริ่มเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญราวปี 1990 (ดังแสดงในรูปด้านขวา) เมื่อจอห์น เฟนน์ (ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีปี 2002) และคณะ ได้ ค้นพบการแตกตัวเป็นไอออนด้วยอิเล็กโทรสเปรย์สำหรับการวิเคราะห์มวลสาร

เพื่อลดความซับซ้อนของการอธิบาย ในย่อหน้าต่อไปนี้จะกล่าวถึงกรณีของการพ่นละอองไฟฟ้าแบบบวก โดยใช้แรงดันไฟฟ้าสูงกับตัวปล่อยโลหะ จะพิจารณาการตั้งค่าการพ่นละอองไฟฟ้าแบบคลาสสิก โดยที่ตัวปล่อยอยู่ห่างจากขั้วไฟฟ้าตรงข้ามที่ต่อลงดิน ของเหลวที่ถูกพ่นมีคุณสมบัติเฉพาะ ได้แก่ ความหนืดแรงตึงผิวการนำไฟฟ้าและค่าสภาพยอมทางไฟฟ้าสัมพัทธ์ ${\displaystyle d\,}$${\displaystyle (\mu )\,}$${\displaystyle (\gamma )\,}$${\displaystyle (\kappa )\,}$${\displaystyle (\เอปไซลอน _{r})\,}$

ภายใต้ผลของแรงตึงผิว เมนิสคัสของเหลวจะมีรูปร่างครึ่งทรงกลมที่ปลายตัวปล่อย การใช้แรงดันไฟฟ้าบวกจะเหนี่ยวนำให้เกิดสนามไฟฟ้า: ^{[ 12 ]}${\displaystyle V\,}$

${\displaystyle E={2V \over r\ln(4d/r)}}$

รัศมีของความโค้งของของเหลวอยู่ ที่ไหน? สนามนี้ทำให้เกิดการโพลาไรซ์ของของเหลว: ตัวนำประจุลบ/บวกจะเคลื่อนที่เข้าหา/ออกจากขั้วไฟฟ้าที่จ่ายแรงดันไฟฟ้า ที่แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าเกณฑ์ที่กำหนด ของเหลวจะเข้าสู่สภาวะสมดุลใหม่ที่มีรัศมีของความโค้งเล็กลงอย่างรวดเร็ว ${\displaystyle r\,}$

แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าเกณฑ์จะดึงของเหลวให้เป็นรูปกรวย เซอร์เจฟฟรีย์ อิงแกรม เทย์เลอร์อธิบายรูปทรงทางทฤษฎีของกรวยนี้โดยอาศัยสมมติฐานที่ว่า (1) พื้นผิวของกรวยมีศักย์เท่ากัน และ (2) กรวยอยู่ในสภาวะสมดุลคงที่^{[ 8 ]}เพื่อให้ตรงตามเกณฑ์ทั้งสองนี้ สนามไฟฟ้าจะต้องมี สมมาตร เชิงมุมและมีความขึ้นอยู่กับสมดุลของแรงตึงผิวและสร้างกรวย วิธีแก้ปัญหานี้คือ: ${\displaystyle R^{1/2}\,}$

${\displaystyle V=V_{0}+AR^{1/2}P_{1/2}(\cos \theta _{0})\,}$

โดยที่(พื้นผิวศักย์เท่ากัน) มีอยู่ ณ ค่า(โดยไม่คำนึงถึง R) ทำให้เกิดกรวยศักย์เท่ากัน มุมที่จำเป็นสำหรับสำหรับค่า R ทั้งหมด คือศูนย์ของพหุนามเลอจองเดอร์อันดับ 1/2 มีศูนย์เพียงจุดเดียวระหว่าง 0 และที่ 130.7° ซึ่งเป็นมุมเติมเต็มของมุม 49.3° อันโด่งดังของเทย์เลอร์ ${\displaystyle V=V_{0}\,}$${\displaystyle \theta _{0}}$${\displaystyle V=V_{0}\,}$${\displaystyle P_{1/2}(\cos \theta _{0})\,}$${\displaystyle \pi \,}$

ปลายของเมนิสคัสรูปกรวยไม่สามารถเล็กลงจนเป็นอนันต์ได้ ความผิดปกติจะเกิดขึ้นเมื่อเวลาการผ่อนคลายของไฮโดรไดนามิกมีขนาด ใหญ่กว่าเวลาการผ่อนคลาย ของประจุ ^{[ 13 ]}สัญลักษณ์ที่ไม่ได้กำหนดไว้หมายถึงความยาวลักษณะเฉพาะและค่าสภาพยอมทางไฟฟ้าของสุญญากาศเนื่องจากความไม่เสถียรของเส้นเลือดขอดโดยธรรมชาติ เจ็ทของเหลวที่มีประจุซึ่งพุ่งผ่านปลายกรวยจะแตกออกเป็นหยดเล็กๆ ที่มีประจุ ซึ่งกระจายตัวในแนวรัศมีโดยประจุในอวกาศ ${\displaystyle \tau _{H}={\mu r \over \gamma }}$${\displaystyle \tau _{C}={\epsilon _{r}\epsilon _{0} \over \kappa }}$${\displaystyle (r)\,}$${\displaystyle (\เอปไซลอน _{0})\,}$

ของเหลวที่มีประจุจะถูกพ่นผ่านปลายกรวยและถูกจับไว้ที่ขั้วไฟฟ้าตรงข้ามในรูปของหยดที่มีประจุหรือไอออนบวก เพื่อรักษาสมดุลของการสูญเสียประจุ ประจุลบส่วนเกินจะถูกทำให้เป็นกลางด้วยกระบวนการทางเคมีไฟฟ้าที่ตัวปล่อย ความไม่สมดุลระหว่างปริมาณประจุที่สร้างขึ้นด้วยกระบวนการทางเคมีไฟฟ้าและปริมาณประจุที่สูญเสียไปที่ปลายกรวยอาจนำไปสู่โหมดการทำงานของอิเล็กโทรสเปรย์หลายแบบ สำหรับอิเล็กโทรสเปรย์แบบกรวยเจ็ท ศักยภาพที่ส่วนต่อประสานระหว่างโลหะ/ของเหลวจะควบคุมตัวเองเพื่อสร้างปริมาณประจุเท่ากับที่สูญเสียไปผ่านปลายกรวย^{[ 14 ]}

อิเล็กโทรสเปรย์กลายเป็นแหล่งกำเนิดไอออนไนเซชันที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการวิเคราะห์มวลสารหลังจากที่ กลุ่ม Fennประสบความสำเร็จในการสาธิตการใช้งานเป็นแหล่งกำเนิดไอออนสำหรับการวิเคราะห์โมเลกุลชีวภาพขนาดใหญ่^{[ 15 ]}

แหล่งกำเนิดไอออนโลหะเหลว (LMIS) ใช้การพ่นด้วยไฟฟ้าควบคู่กับโลหะเหลวเพื่อสร้างไอออน[ ^{16 ] [ 17 ] ไอออน}ถูกผลิตขึ้นโดยการระเหยด้วยสนามที่ปลายกรวยเทย์เลอร์ ไอออนจาก LMIS ถูกนำมาใช้ในการฝังไอออนและในเครื่องมือ ลำแสงไอออนแบบโฟกัส

เช่นเดียวกับการพ่นด้วยไฟฟ้าแบบมาตรฐาน การใช้แรงดันไฟฟ้าสูงกับสารละลายโพลีเมอร์สามารถทำให้เกิดรูปทรงเจ็ททรงกรวยได้ หากเจ็ทนั้นกลายเป็นเส้นใยละเอียดมากแทนที่จะแตกตัวเป็นหย droplets เล็กๆ กระบวนการนี้เรียกว่าการปั่นด้วยไฟฟ้า (electrospinning )

เทคนิคการพ่นด้วยไฟฟ้าถูกนำมาใช้ในเครื่องยนต์จรวดขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า แรงขับต่ำ เพื่อควบคุมดาวเทียมเนื่องจากความสามารถในการควบคุมการพ่นอนุภาคอย่างละเอียดช่วยให้เกิดแรงขับที่แม่นยำและมีประสิทธิภาพ

การพ่นด้วยไฟฟ้าสถิตอาจใช้ในนาโนเทคโนโลยี [ ^{18 ]}ตัวอย่างเช่น เพื่อวางอนุภาคเดี่ยวบนพื้นผิว โดยทำได้โดยการพ่นคอลลอยด์ซึ่งโดยเฉลี่ยมีอนุภาคเพียงหนึ่งอนุภาคต่อหยด ตัวทำละลายจะระเหยไป เหลือเพียง^{กระแส}ละอองลอยของอนุภาคเดี่ยวชนิดที่ต้องการ คุณสมบัติการแตกตัวเป็นไอออนของกระบวนการนี้ไม่สำคัญต่อการใช้งาน แต่สามารถนำมาใช้ในการตกตะกอนด้วยไฟฟ้าสถิตของอนุภาคได้

แทนที่จะใช้วิธีการวางอนุภาคนาโน ลงไป โดยตรง อนุภาคนาโนและโครงสร้างนาโนยังสามารถสร้างขึ้นได้ในสถานที่จริงโดยการวางไอออนโลหะลงในตำแหน่งที่ต้องการ เชื่อกันว่ากลไกการก่อตัวของโครงสร้างนาโนคือการลดไอออนด้วยไฟฟ้าเคมีให้กลายเป็นอะตอมและการประกอบในสถานที่จริง

การพ่นด้วยไฟฟ้าได้รับความสนใจในด้านการนำส่งยา และมีการใช้ในการผลิตตัวนำส่งยา รวมถึงไมโครอนุภาคโพลีเมอร์ที่ใช้ในการ บำบัด ภูมิคุ้มกัน^{[ 19 ]}ตลอดจนลิโปเพล็ก ซ์ ที่ใช้สำหรับการนำส่งกรดนิวคลีอิก^{[ 20 ]}อนุภาคยาขนาดเล็กกว่าไมโครเมตรที่สร้างขึ้นโดยการพ่นด้วยไฟฟ้ามีอัตราการละลายที่เพิ่มขึ้น ส่งผลให้ความสามารถในการดูดซึมยาเพิ่มขึ้นเนื่องจากพื้นที่ผิวที่เพิ่มขึ้น^{[ 21 ]}ดังนั้นผลข้างเคียงของยาจึงสามารถลดลงได้ เนื่องจากปริมาณยาที่น้อยลงก็เพียงพอต่อผลลัพธ์เดียวกัน

การพ่นละอองไฟฟ้า (Electrospray) ถูกนำมาใช้ในเครื่องฟอกอากาศ บางชนิด อนุภาคแขวนลอยในอากาศสามารถถูกประจุไฟฟ้าได้ด้วยการพ่นละอองไฟฟ้า ควบคุมโดยสนามไฟฟ้า และรวบรวมไว้ที่ขั้วไฟฟ้าที่ต่อลงดิน วิธีนี้ช่วยลดการผลิตโอโซนซึ่งเป็นปัญหาที่พบได้ทั่วไปในเครื่องฟอกอากาศประเภทอื่นๆ

• การโฟกัสการไหล