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두 종류의 다공성 유리막을 이용한 전기삼투 펌프의 비교 연구
Comparison of Electro-Osmotic Pumps with Two Different Types of Porous Glass Frits 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.35 no.4 = no.307, 2011년, pp.379 - 383  

권길성 (서강대학교 기계공학과) ,  박철우 (서강대학교 기계공학과) ,  김대중 (서강대학교 기계공학과)

초록
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본 연구에서는 두 종류의 다공성 유리막을 이용하여 전기삼투 펌프를 제작하였다. 전기삼투 펌프의 성능은 탈이온수와 1 mM 나트륨 테트라붕산염 데카수화물 완충액을 이용하여 최대유량, 최대전류 그리고 최대압력의 항으로 표현하였다. 최대유량과 최대전류는 ROBU 사의 다공성 유리막의 높은 공극률에 기인하여 DURAN 사의 다공성 유리막 보다 높은 값을 가졌다. 그러나 최대압력은 비슷하였다. 열역학적 효율은 ROBU 사의 다공성 유리막이 DURAN 사의 다공성 유리막보다 2 배 정도 높은 값을 가졌으며, 최대유량당 최대전류 역시 ROBU 사의 다공성 유리막이 높은 값을 가졌다. 그러나 최대압력당 최대전류는 DURAN 사의 다공성 유리막에서 더 높은 값을 가졌다. 본 연구에서는 ROBU 사의 다공성 유리막은 낮은 출력으로 높은 유량을 구현할 수 있고, DURAN 사의 다공성 유리막은 낮은 출력으로 높은 압력을 구현할 수 있음을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Electro-osmotic pumps were fabricated by using two types of porous glass frits. The performance of these pumps was characterized in terms of maximum flow rate, current, and pressure using deionized water and 1 mM sodium tertraborate decahydrate buffer. Maximum flow rate and current when ROBU porous ...

주제어

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문제 정의

  • Kim 등(17)에서는 전기삼투 펌프의 성능 계수로 전기삼투 펌프의 전류 당 유량의 중요성에 대해 설명하였다. 이는 전기삼투 펌프가 소비출력 당 얼마만큼의 유동능력을 보일 수 있느냐는 것을 확인하는 항으로 본 연구에서는 두 종류의 다공성 유리막의 최대유량당 최대전류와 최대압력당 최대전류를 각각 비교하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
높은 유량과 압력을 발생할 수 있는 마이크로펌프가 요구되고 있는 이유는 무엇 때문인가? 최근 랩온어칩(lab-on-a-chip) 등의 다양한 마이크로 유체 시스템(microfluidic system)의 개발로 높은 유량과 압력을 발생할 수 있는 마이크로펌프가 요구되고 있다.(1) 전기삼투 펌프(electro-osmotic pump)는 작은 체적에서 높은 유량과 압력을 동시에 발생할 수 있다는 점과 전압의 변화로 쉽게 유량 및 유동 방향을 조절할 수 있다는 점 그리고 기계적 구동부가 없다는 점 때문에 마이크로유체 시스템의 유체공급장치로 주목을 받고 있다.
전기삼투 펌프에는 어떤 문제점이 있는가? (1) 전기삼투 펌프(electro-osmotic pump)는 작은 체적에서 높은 유량과 압력을 동시에 발생할 수 있다는 점과 전압의 변화로 쉽게 유량 및 유동 방향을 조절할 수 있다는 점 그리고 기계적 구동부가 없다는 점 때문에 마이크로유체 시스템의 유체공급장치로 주목을 받고 있다.(2) 그러나 전기분해에 의한 기포 발생 및 낮은 효율 등의 문제점들을 가지고 있다. 위와 같은 문제점들의 개선을 위해 현재 다양한 연구가 진행되고 있으며 Wang 등(3)에서는 위와 관련된 다양한 연구를 보고하였다.
전기삼투 펌프이 마이크로유체 시스템의 유체공급장치로 주목받고 있는 이유는 무엇 때문인가? 최근 랩온어칩(lab-on-a-chip) 등의 다양한 마이크로 유체 시스템(microfluidic system)의 개발로 높은 유량과 압력을 발생할 수 있는 마이크로펌프가 요구되고 있다.(1) 전기삼투 펌프(electro-osmotic pump)는 작은 체적에서 높은 유량과 압력을 동시에 발생할 수 있다는 점과 전압의 변화로 쉽게 유량 및 유동 방향을 조절할 수 있다는 점 그리고 기계적 구동부가 없다는 점 때문에 마이크로유체 시스템의 유체공급장치로 주목을 받고 있다.(2) 그러나 전기분해에 의한 기포 발생 및 낮은 효율 등의 문제점들을 가지고 있다.
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참고문헌 (17)

  1. Wallner, J. T., Nagar, N., Friedrich C. R. and Bergstrom, P. L., 2007, “Macro Porous Silicon as Pump for Electro-Osmotic Pumps,” Physica Status Solidi (a), Vol.204, No.5, pp.1327-1331. 

  2. Laser, D. J. and Santiago, J. G., 2004, “A Review of Micropumps,” Journal of Micromechanics and Mircoengineering, Vol.14, No.6, pp.R35-R64. 

  3. Wang, X., Cheng, C., Wang, S. and Liu S., 2009 “Electroosmotic Pumps and Their Applications in Microfluidic Systems,” Microfluidics and Nanofluidics, Vol.6, No.2, pp.145-162. 

  4. Yao, S. and Santiago J. G., 2003, “Porous Glass Electroosmotic Pumps: Theory,” Journal of Colloid and Interface Science, Vol.268, No.1, pp.133-142. 

  5. Yao, S., Hertzog, D. E., Zeng S., Mikkelsen, J. C. and Santiago J. G., 2003, “Porous Glass Electroosmotic Pumps: Design and Experiments,” Journal of Colloid and Interface Science, Vol.268, No.1, pp.143-153. 

  6. Yao, S., Myers, A. M., Posner, J. D., Rose, K. A. and Santiago J. G., 2006, “Electroosmotic Pumps Fabricated from Porous Silicon Membranes,” Journal of Microelelctromechanical Systems, Vol.15, No.3, pp.717-728. 

  7. Kwon, K. and Kim, D., 2010, “Development of Porous Silicon Electro-Osmotic Pumps for High Flow Rate per Current Flow Delivery of Organic solvents,” Transactions of the KSME (B), Vol.34, No.2, pp.105-111. 

  8. Chen, Y. F., Li M. C., Hu, Y. H., Chang W. J. and Wang C. C., 2008, ”Low-voltage Electroosmotic Pumping Using Porous Anodic Alumina Membranes,” Microfluidics and Nanofluidics, Vol. 6, No. 2, pp. 145-162. 

  9. Chen, Y. F., Hu, Y. H., Chou Y. I., Lai S. M. and Wang C. C., 2010, “Surface Modification of Nano-Porous Anodic Alumina Membranes and Its Use in Electroosmotic Flow,” Sensors and Actuators B: Chemical, Vol.145, No.1, pp.575-582. 

  10. Vajandar, S. K., Xu, D., Markov D. A., Wikswo J. P., Hofmeister, W. and Li, D., 2007, “ $SiO_2-Coated$ Porous Anodic Alumina Membranes for High Flow Rate Electroosmotic Pumping,” Nanotechnology, Vol.18, No.27, pp.275705 

  11. Jiang, L., Mikkelsen, J., Koo, J. M., Huber, D., Yao, S., Zhang, L., Zhou P., Maveety, J. G., Prasher, R., Santiago, J. G., Kenny, T. W. and Goodsen K. E., 2002, “Closed-Loop Electoosmotic Microchannel Cooling System for VLSI Circuits,” IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies, Vol.25, No.3, pp.347-355 

  12. Buie, C. R., Posner, J. D., Fabian, T., Cha, S. W., Kim, D., Prinz, F. B., Eaton, J. K. and Santiago, J. G., 2006, “Water Management in Proton Exchange Membrane Fuel Cells Using Integrated Electroosmotic Pumping,” Journal of Power Sources, Vol.161, No.1, pp.191-202. 

  13. Buie, C. R., Kim, D., Liester, S. and Santiago, J. G., 2007, “An Electro-Osmotic Fuel Pump for Direct Methanol Fuel Cells,” ElectroChemical and Solid-State Letters, Vol.10, No.11, pp.B196-B200 

  14. Kwon, K. and Kim, D, 2010, “Air Pumps for Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells,” Transactions of the KSME (B), Vol. 34, No. 7, pp. 715-720. 

  15. http://www.duran-group.com/ 

  16. http://www.robuglas.com/ 

  17. Kim, D., Posner J. D. and Santigo J. G., 2008, “High Flow Rate per Power Electroosmotic Pumping Using Low Ion Density Solvents,” Sensors and Actuators A:Physics, Vol.141, No.1, pp.201-212. 

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