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제안 방법
- 그리하여 본 연구에서는 fragmentation 이 일어나는 시점을 분석한 결과, 본 연구에서 행해진 실험군에서는 0.5 ms 까지는 fragmentation 없이 퍼짐만 일어난다는 점에 착안하여 최대 지름 대신에 액적 충돌 시점으로부터 0.5 ms 가 지난 시점의 액적의 지름을 이용하여 ξmax 를 계산하는 방식을 도입하였다.
- 액적 충돌 거동을 관찰하기 위하여, 공압 방식의 디스펜서와 초고속카메라를 이용하였다. 다이어프램 펌프와 솔레노이드 밸브를 이용하여 액적이 분사되는 초기 속도를 조절하고, 충돌 순간을 초고속카메라로 촬영하여 분석함으로써 다양한 조건에서의 액적 충돌 거동을 직접 관찰할 수 있었다. 전체적인 실험 셋업의 개념도 및 사용된 자체 제작 디스펜서의 디자인 및 작동 방식은 Fig.
- 본 논문에서는 마이크로/나노 구조를 이용하여 초소수성 표면을 구현함은 물론, 나노스케일 구조물의 간격 역시 매우 작아 초발수 특성을 갖는 실리콘 기반의 표면을 제작했다. 또한 실험을 위해 자체 제작한 공압 방식의 디스펜서를 이용하여 직접 다양한 웨버 수 (We), 레이놀즈 수 (Re)에서의 자체 제작한 초발수성 표면에서의 액적 충돌 특성에 대해 분석하였다.
- 마이크로/나노 스케일의 구조를 갖는 초발수성 표면을 만들기 위해 실리콘(Si) wet-etching technique과 black silicon 제작 방법을 사용하였으며, 대략적인 공정 흐름도는 Fig. 1(a)에 도시한 바와 같다. 먼저 (100) 방향의 Si 웨이퍼에 wet-etching 시에 마스크 역할을 할 oxide 층을 형성하고, 포토리소그래피 방법으로 마이크로 스케일의 oxide 마스크를 패턴했다.
- 1(a)에 도시한 바와 같다. 먼저 (100) 방향의 Si 웨이퍼에 wet-etching 시에 마스크 역할을 할 oxide 층을 형성하고, 포토리소그래피 방법으로 마이크로 스케일의 oxide 마스크를 패턴했다. 그리고 나서 tetramethyl ammonium hydroxide(TMAH) 용액을 이용하여 12 분 동안 90℃ 를 유지하면서 식각 공정을 진행하였다.
- 본 논문에서는 마이크로/나노 구조를 이용하여 초소수성 표면을 구현함은 물론, 나노스케일 구조물의 간격 역시 매우 작아 초발수 특성을 갖는 실리콘 기반의 표면을 제작했다. 또한 실험을 위해 자체 제작한 공압 방식의 디스펜서를 이용하여 직접 다양한 웨버 수 (We), 레이놀즈 수 (Re)에서의 자체 제작한 초발수성 표면에서의 액적 충돌 특성에 대해 분석하였다.
- 액적 충돌 현상은 산업 전반에 걸쳐 다양한 형태로 일어남은 물론, 학술적으로도 많은 가치를 지니고 있다. 본 연구에서는 효과적으로 초발수성을 가지는 표면을 디자인하고 제작하였으며, 공압방식의 디스펜서를 이용하여 다양한 조건에서의 액적 충돌 실험을 진행하였고, 그 결과를 여러 방면으로 분석해보았다. 제작된 마이크로/나노 구조 표면은 매우 높은 접촉각을 가지는 초소수성 표면이며, 액적 충돌 실험을 통해 매우 우수한 초발수성을 가지는 것으로 검증되었다.
- 액적 충돌 거동을 관찰하기 위하여, 공압 방식의 디스펜서와 초고속카메라를 이용하였다. 다이어프램 펌프와 솔레노이드 밸브를 이용하여 액적이 분사되는 초기 속도를 조절하고, 충돌 순간을 초고속카메라로 촬영하여 분석함으로써 다양한 조건에서의 액적 충돌 거동을 직접 관찰할 수 있었다.
- 그리고 나서 tetramethyl ammonium hydroxide(TMAH) 용액을 이용하여 12 분 동안 90℃ 를 유지하면서 식각 공정을 진행하였다. 이렇게 마이크로 스케일의 경사진 옆면을 가지는 포스트 구조를 표면에 형성한 후에는 마스크로 사용 된 oxide 층을 제거했으며, 그 다음에 deep reactive ion etching (DRIE) 장비를 이용하여 Si 표면에 마스크 없이 nanograss 구조를 만들 수 있는 black silicon 제작 기법을 이용하여 나노 스케일의 구조를 경사진 옆면을 포함하여 전 웨이퍼 표면에 형성할 수 있었다.19
- 이렇게 형성된 마이크로/나노 스케일 표면 구조에 충분한 시간 동안 0.1% HDFS (heptadeca-fluoro-1,1,2,2-tetrahydrodecyl trichlorosilane) 용액 속에 담궈두어 표면에 SAM (self-assembled monolayer)가 형성되도록 함으로써 소수성 특성을 갖도록 만들었다.
대상 데이터
- 2 에 도시되어 있다. 초고속카메라는 20000 frames/sec 로 촬영되었으며, 다이어프램 밸브의 압력은 최대 1 kPa 부터 최대 16 kPa 까지의 값으로 본 실험에서 사용되었다.
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