최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
다음과 같은 기능을 한번의 로그인으로 사용 할 수 있습니다.
NTIS 바로가기大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. B. B, v.38 no.3 = no.342, 2014년, pp.263 - 270
A fluid transport technique is a key issue for the development of microfluidic systems. In this paper, a new concept for transporting a droplet without external power sources is proposed and verified numerically. The proposed device is a heterogeneous surface which has both hydrophilic and hydrophob...
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
핵심어 | 질문 | 논문에서 추출한 답변 |
---|---|---|
벽면 부착력이 액체분자들 사이의 응집력 보다 큰 친수성 표면에 액적이 놓이면 어떠한 경향이 생기는가? | 잘 알려진 바와 같이 액체분자와 고체분자들 사이의 힘은 상호간에 벽면부착력을 일으킨다. 만일 벽면 부착력이 액체분자들 사이의 응집력 (cohesive force)보다 큰 친수성 표면에 액적이 놓이면 액체분자는 벽면(표면) 쪽으로 몰려 결과적으로 표면을 적시게 되어 접촉면적이 증가하는 경향이 있다. 이와는 반대로 벽면 부착력이 액체 분자들 사이의 응집력보다 작은 소수성 표면에 액적이 놓이면 액체분자는 서로 뭉치려 하여 결과적으로 액적은 오그라들려고 하여 접촉면적이 감소하는 경향이 있다. | |
벽면부착력의 차이에 의한 Laplace 압력 구동메커니즘의 장점은? | 최근 표면에 거칠기(roughness) 등을 주는 방법과 같이 물리적으로 표면의 미세구조 형상(pattern)을 변화시키던지, 화학적으로 표면에 표면에너지의 기울기 (gradient)를 만들어 주는 포토 패터닝(photo patterning) 기술을 이용함으로써 결과적으로 표면 습윤성 기울기, 즉 벽면부착력(wall adhesion force)을 변화시키는 방법이 제안되어 이에 관한 연구가 활발하게 수행되고 있다. (1~5) 이러한 벽면부착력의 차이에 의한 Laplace 압력 구동메커니즘은 외부동력을 사용하지 않고, 또한 열적, 전기적, 화학적 문제로부터 야기되는 부작용이 없다는 면에서 마이크로 유체 시스템을 설계하기 위한 적절한 개념을 제공할 수 있다. 본 논문에서는 외부동력을 사용하지 않고 표면장력에 의해 구동되는 유체작동에 관한 기초연구로, 표면을 단순하게 친수성(hydrophilic)과 소수성 (hydropobic) 표면의 복합표면으로 구성하고, 액적을 이 경계면에 놓아 유체의 응집력과 부착력 사이의 힘의 불균형 특성을 최대한 이용하여 액적을 자동 이송시킬 수 있는 새로운 개념을 제안하고자 한다. | |
유체이송 기술이 최근 화학적 분석 및 생물학적 검정 시스템과 같은 마이크로 유체 시스템 개발에서 핵심문제로 인식되는 이유는? | 유체이송(fluid transport) 기술은 최근 화학적 분석 및 생물학적 검정 시스템과 같은 마이크로 유체 (micro fluidic) 시스템 개발에서 핵심문제로 인식되고 있다. 이것은 이들 시스템이 일회성이며 싼 가격으로 신속하게 반응해야만 하기 때문이다. 이러한 마이크로 스케일 시스템에서는 표면장력이 관성력을 압도하는 주된 힘이 되므로, 표면장력에 의해 구동되는 유체작동(fluidic actuation)에 대한 연구가 많이 수행되고 있으며, 표면 습윤성 기울기(surface wettability gradient)는 오랫동안 액적이송을 제어하기 위해 적용되어져 왔다. |
Yang, J. T., Chen, J. C., Huang, K. J. and Yeh, J. A., 2006, "Droplet Manipulation on a Hydrophobic Textured Surface with Roughened Patterns," J. Microelectromechanical Systems, Vol. 15, No. 3, pp. 697-707.
이러한 마이크로 스케일 시스템에서는 표면장력이 관성력을 압도하는 주된 힘이 되므로, 표면장력에 의해 구동되는 유체작동(fluidic actuation)에 대한 연구가 많이 수행되고 있으며, 표면 습윤성 기울기(surface wettability gradient)는 오랫동안 액적이송을 제어하기 위해 적용되어져 왔다.(1~5)
(1)
최근 표면에 거칠기(roughness) 등을 주는 방법과 같이 물리적으로 표면의 미세구조 형상(pattern)을 변화시키던지, 화학적으로 표면에 표면에너지의 기울기(gradient)를 만들어 주는 포토 패터닝(photo patterning) 기술을 이용함으로써 결과적으로 표면 습윤성 기울기, 즉 벽면부착력(wall adhesion force)을 변화시키는 방법이 제안되어 이에 관한 연구가 활발하게 수행되고 있다.(1~5)
외부동력을 사용하지 않고 표면장력에 의해 구동되는 유체작동에 관한 기존의 연구는 전술한 바와 같이 표면에 인위적으로 거칠기를 만들어 미세구조 형상을 변화시키는 물리적 방법과 화학적으로 표면에 자가조립 단분자막을 형성시켜 표면에너지의 기울기를 만들어 주어 결과적으로 표면 습윤성 기울기, 즉 벽면부착력을 변화시키는 방법이다.(1~5)
Yang 등(1)은 다양한 거칠기 형상 표면상에서 소수성 차이에 의한 단일 액적의 자동 이송 메커니즘을 제안하고 실험 및 해석적으로 입증하였다.
Shen, W., Kim, J. and Kim, C. J., 2002, "Controlling the Adhesive Force for Electrostatic Actuation of Microscale Mecury Drop by Physical Surface Modification," in Proc. IEEE Int. Conf. MEMS, Las Vegas, NV, Jan., pp. 52-55.
이러한 마이크로 스케일 시스템에서는 표면장력이 관성력을 압도하는 주된 힘이 되므로, 표면장력에 의해 구동되는 유체작동(fluidic actuation)에 대한 연구가 많이 수행되고 있으며, 표면 습윤성 기울기(surface wettability gradient)는 오랫동안 액적이송을 제어하기 위해 적용되어져 왔다.(1~5)
최근 표면에 거칠기(roughness) 등을 주는 방법과 같이 물리적으로 표면의 미세구조 형상(pattern)을 변화시키던지, 화학적으로 표면에 표면에너지의 기울기(gradient)를 만들어 주는 포토 패터닝(photo patterning) 기술을 이용함으로써 결과적으로 표면 습윤성 기울기, 즉 벽면부착력(wall adhesion force)을 변화시키는 방법이 제안되어 이에 관한 연구가 활발하게 수행되고 있다.(1~5)
외부동력을 사용하지 않고 표면장력에 의해 구동되는 유체작동에 관한 기존의 연구는 전술한 바와 같이 표면에 인위적으로 거칠기를 만들어 미세구조 형상을 변화시키는 물리적 방법과 화학적으로 표면에 자가조립 단분자막을 형성시켜 표면에너지의 기울기를 만들어 주어 결과적으로 표면 습윤성 기울기, 즉 벽면부착력을 변화시키는 방법이다.(1~5)
물리적인 방법의 일예로 Shen 등(2)은 다양한 구조화된 표면에서의 수은 액적을 작동시키는 힘에 대해 이론적으로 분석하고 실험적으로 테스트하여, 액적의 부착력이 표면 거칠기를 조절함으로써 설계될 수 있다고 보고함으로써 표면 거칠기 형상 설계가 마이크로 유체장치에서 중요한 역할을 할 가능성을 높였다.
He B. and Lee, J., 2003, "Dynamic Wettability Switching by Surface Roughness Effect," in Proc. IEEE Int. Conf. MEMS, Kyoto, Japan, Jan., pp. 120-123.
이러한 마이크로 스케일 시스템에서는 표면장력이 관성력을 압도하는 주된 힘이 되므로, 표면장력에 의해 구동되는 유체작동(fluidic actuation)에 대한 연구가 많이 수행되고 있으며, 표면 습윤성 기울기(surface wettability gradient)는 오랫동안 액적이송을 제어하기 위해 적용되어져 왔다.(1~5)
최근 표면에 거칠기(roughness) 등을 주는 방법과 같이 물리적으로 표면의 미세구조 형상(pattern)을 변화시키던지, 화학적으로 표면에 표면에너지의 기울기(gradient)를 만들어 주는 포토 패터닝(photo patterning) 기술을 이용함으로써 결과적으로 표면 습윤성 기울기, 즉 벽면부착력(wall adhesion force)을 변화시키는 방법이 제안되어 이에 관한 연구가 활발하게 수행되고 있다.(1~5)
외부동력을 사용하지 않고 표면장력에 의해 구동되는 유체작동에 관한 기존의 연구는 전술한 바와 같이 표면에 인위적으로 거칠기를 만들어 미세구조 형상을 변화시키는 물리적 방법과 화학적으로 표면에 자가조립 단분자막을 형성시켜 표면에너지의 기울기를 만들어 주어 결과적으로 표면 습윤성 기울기, 즉 벽면부착력을 변화시키는 방법이다.(1~5)
He and Lee(3)는 반반하고 거친 표면을 절충시켜 거침변환장치(roughness switchable device)를 제안하였다.
Liao, Q., Qang, H., Zhu, X. and Li, M., 2006, "Liquid Droplet Movement on Horizontal Surface with Gradient Surface Energy," Science in China Series E: Technological Sciences, Vol. 49, No. 6, pp. 733-741.
이러한 마이크로 스케일 시스템에서는 표면장력이 관성력을 압도하는 주된 힘이 되므로, 표면장력에 의해 구동되는 유체작동(fluidic actuation)에 대한 연구가 많이 수행되고 있으며, 표면 습윤성 기울기(surface wettability gradient)는 오랫동안 액적이송을 제어하기 위해 적용되어져 왔다.(1~5)
최근 표면에 거칠기(roughness) 등을 주는 방법과 같이 물리적으로 표면의 미세구조 형상(pattern)을 변화시키던지, 화학적으로 표면에 표면에너지의 기울기(gradient)를 만들어 주는 포토 패터닝(photo patterning) 기술을 이용함으로써 결과적으로 표면 습윤성 기울기, 즉 벽면부착력(wall adhesion force)을 변화시키는 방법이 제안되어 이에 관한 연구가 활발하게 수행되고 있다.(1~5)
외부동력을 사용하지 않고 표면장력에 의해 구동되는 유체작동에 관한 기존의 연구는 전술한 바와 같이 표면에 인위적으로 거칠기를 만들어 미세구조 형상을 변화시키는 물리적 방법과 화학적으로 표면에 자가조립 단분자막을 형성시켜 표면에너지의 기울기를 만들어 주어 결과적으로 표면 습윤성 기울기, 즉 벽면부착력을 변화시키는 방법이다.(1~5)
한편 화학적 방법의 일례로 Liao 등(4)은 표면에 자가조립 단분자막을 형성시키고 여기에 확산제어실란화(diffusion controlled silanization) 처리를 하여 표면에너지의 기울기를 변화시키는, 즉 접촉각을 변화시키는 표면을 만들어 물액적(water droplet)에 대해 실험적으로 테스트하였다.
Ito, Y., Heydari, M., Hashimoto, A., Konno, T., Hirasawa, A., Hori, S., Kurita, K. and Nakajima, A., 2007, "The Movement of a Water Droplet on a Gradient Surface Prepared by Photodegradation," Langmuir, Vol. 23, No. 4, pp. 1845-1850.
이러한 마이크로 스케일 시스템에서는 표면장력이 관성력을 압도하는 주된 힘이 되므로, 표면장력에 의해 구동되는 유체작동(fluidic actuation)에 대한 연구가 많이 수행되고 있으며, 표면 습윤성 기울기(surface wettability gradient)는 오랫동안 액적이송을 제어하기 위해 적용되어져 왔다.(1~5)
최근 표면에 거칠기(roughness) 등을 주는 방법과 같이 물리적으로 표면의 미세구조 형상(pattern)을 변화시키던지, 화학적으로 표면에 표면에너지의 기울기(gradient)를 만들어 주는 포토 패터닝(photo patterning) 기술을 이용함으로써 결과적으로 표면 습윤성 기울기, 즉 벽면부착력(wall adhesion force)을 변화시키는 방법이 제안되어 이에 관한 연구가 활발하게 수행되고 있다.(1~5)
외부동력을 사용하지 않고 표면장력에 의해 구동되는 유체작동에 관한 기존의 연구는 전술한 바와 같이 표면에 인위적으로 거칠기를 만들어 미세구조 형상을 변화시키는 물리적 방법과 화학적으로 표면에 자가조립 단분자막을 형성시켜 표면에너지의 기울기를 만들어 주어 결과적으로 표면 습윤성 기울기, 즉 벽면부착력을 변화시키는 방법이다.(1~5)
한편, Ito 등(5)는 광분해(photodegradation) 기술을 사용해서 화학적으로 표면에너지의 기울기를 변화시키는, 즉 접촉각을 변화시키는 표면을 만들어 물액적에 대해 실험적으로 테스트하였다.
Myong, H. K. and Kim, J. E., 2006, "A Study on an Interface Capturing Method Applicable to Unstructured Meshes for the Analysis of Free Surface Flow" KSCFE J. of Computational Fluids Engineering, Vol. 11, No. 4, pp. 14-19.
수치해석은 Myong and Kim(6) 및 Myong(7-9)이개발한 비정렬격자계 및 체적포착법을 채택한 VOF(Volume of Fluid) 방법을 사용하는 수치해석 방법(PowerCFD 코드)에 비정렬격자계에 적용할 수 있도록 제안된 표면장력에 대한 CSF (Continuum Surface Force) 모델 및 벽면부착 경계 조건 모델을 삽입(6)하여 수행하였다.
Myong, H. K., 2008, "Comparative Study on High Resolution Schemes in Interface Capturing Method Suitable for Unstructured Meshes" Trans. Korean Soc. Mech. Eng. B, Vol. 32, No. 1, pp. 23-29.
Myong, H. K., 2009, "Numerical Simulation of Multiphase Flows with Material Interface due to Density Difference by Interface Capturing Method" Trans. Korean Soc. Mech. Eng. B, Vol. 33, No. 6, pp. 443-453.
Myong, H. K., 2011, "Numerical Simulation of Surface Tension-Dominant Multiphase Flows with Volume Capturing Method and Unstructured Grid System" Trans. Korean Soc. Mech. Eng. B, Vol. 35, No. 7, pp. 723-733.
Myong, H.K. and Kim, J., 2005, "Development of 3D Flow Analysis Code using Unstructured Grid System(1st Report, Numerical Method)," Trans. Korean Soc. Mech. Eng. B, Vol. 29, No. 9, pp. 1049-1056.
Myong, H. K. and Kim. J., 2006, "Development of a Flow Analysis Code using an Unstructured Grid with the Cell-Centered Method," J. of Mechanical Science and Technology (KSME Int. J.), Vol. 20, No. 12, pp. 2218-2229.
Ubbink, O., 1997, Numerical Prediction of Two Fluid Systems with Sharp Interface, PhD Thesis, University of London.
참고로 PowerCFD 코드는 일반 상용 CFD 코드와 같이 비정렬 셀 중심방법을 채용하고 압력수정방법에 기반을 둔 3차원 유동해석방법(11,12)과 자유표면 해석을 위한 체적포착법에서 크게 문제가 되는 번짐현상과 같은 계면의 비물리적인 변형 및 수치확산 문제를 크게 개선한 것으로 알려진 HR (High Resolution)도식인 CICSAM(13) (Compressive Interface Capturing Scheme for Arbitrary Meshes)을 도입하고 있다.
*원문 PDF 파일 및 링크정보가 존재하지 않을 경우 KISTI DDS 시스템에서 제공하는 원문복사서비스를 사용할 수 있습니다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.