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논문 상세정보

연속적 전기습윤 효과를 이용한 액체금속 액적의 채널 내 거동

Movement of Liquid Metal Droplet in Channel by Continuous Electrowetting Effect

Abstract

In this paper, the movement of a liquid metal droplet in a channel by continuous electrowetting effect is analyzed. The channel is fabricated using two glass substrates and silicone rubber as spacers, and a mercury droplet and dilute sulfuric acid are added into the channel. The droplet is moved according to voltage applied at both ends of the channel through an electrolyte. According to the shape of the droplet and the applied voltage, the velocity of the droplet is changed. The velocity is proportional to the applied voltage and inversely proportional to the length of the droplet, both theoretically and experimentally. Contact angle hysteresis and a meniscus change were also found in the moving state. This implies the existence of a threshold in movement by Laplace pressure difference. The experiment indicated that the sliding angle was inversely proportional to the width of the droplet but that the voltage threshold was proportional to the width.

본문요약 

문제 정의(1)
  • 본 논문에서는 유리기판 내에 실리콘 고무로 채널을 형성한 후 액체금속 액적의 폭, 길이와 인가전압에 따른 액적의 움직임을 관찰하였다.

    본 논문에서는 유리기판 내에 실리콘 고무로 채널을 형성한 후 액체금속 액적의 폭, 길이와 인가전압에 따른 액적의 움직임을 관찰하였다. 측정 결과 액적의 속도는 인가전압에 비례, 액적의 길이에 반비례하였으며 1 mm 이상의 폭에서는 작게 감소하였으나 1 mm 미만의 경우 액적의 속도가 크게 상승하는 것을 확인하였다.

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질의응답 

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핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
연속적 전기습윤 효과
연속적 전기습윤 효과에 의한 액체금속 액적의 거동분석시 이상적인 상황과 실제 상황을 비교한 결과는 무엇인가?
이론적으로 액적의 속도는 액적의 폭, 인가전압에 비례하고, 길이에 반비례하며 미세한 전압에도 유동이 발생하여야 한다. 하지만 이상적인 상황과 달리 실제 액적의 움직임에는 접촉각 이력이 발생하고 결국 라플라스 압력에 의한 유동저항이 발생한다.

상온에서 금속이면서 액체상태로 존재하는 액체금속의 구동방식인 연속적 전기습윤 효과에 의한 액체금속 액적의 거동을 분석하였다. 이론적으로 액적의 속도는 액적의 폭, 인가전압에 비례하고, 길이에 반비례하며 미세한 전압에도 유동이 발생하여야 한다. 하지만 이상적인 상황과 달리 실제 액적의 움직임에는 접촉각 이력이 발생하고 결국 라플라스 압력에 의한 유동저항이 발생한다. 이에 본 논문에서는 유리기판 사이에 실리콘 고무 PDMS를 이용하여 채널을 만들고 수은 액적과 묽은 황산을 채운 디바이스를 사용하여 미끄러짐 각 및 전압 문턱값을 측정하고, 전해질 양단에 전압을 가하여 액적의 속도를 측정하였다.

금속
금속의 특징은?
상온에서 고체상태로 존재하기에 센서혹은 엑츄에이터의 구조물로 사용될 경우 피로파괴에 의한 수명이 반드시 존재하며 고체의 특성상 구조물의 위치 및 형상이 고정되어 있다

금속은 우수한 기계적, 전기적, 광학적 특성 등으로 인해 다양한 분야에서 사용되고 있다. 일반적으로 금속은 상온에서 고체상태로 존재하기에 센서혹은 엑츄에이터의 구조물로 사용될 경우 피로파괴에 의한 수명이 반드시 존재하며 고체의 특성상 구조물의 위치 및 형상이 고정되어 있다. 이에 상온에서 액체이면서 금속의 성질을 띄고 있는 액체금속(Liquid Metal)을 사용하게 되면 피로가 누적되는 현상을 막을 수 있으며 액적의 형태로 사용될 경우 형상뿐만 아니라 위치의 변경도 자유롭다.

액체금속
액체금속의 장점은?
피로가 누적되는 현상을 막을 수 있으며 액적의 형태로 사용될 경우 형상뿐만 아니라 위치의 변경도 자유롭다

일반적으로 금속은 상온에서 고체상태로 존재하기에 센서혹은 엑츄에이터의 구조물로 사용될 경우 피로파괴에 의한 수명이 반드시 존재하며 고체의 특성상 구조물의 위치 및 형상이 고정되어 있다. 이에 상온에서 액체이면서 금속의 성질을 띄고 있는 액체금속(Liquid Metal)을 사용하게 되면 피로가 누적되는 현상을 막을 수 있으며 액적의 형태로 사용될 경우 형상뿐만 아니라 위치의 변경도 자유롭다. 대표적 액체금속인 수은 (Mercury)이 주로 활용되고 있으며 갈륨 (Gallium)을 기반으로 한 무독성의 액체금속이 개발되어 다양한 센서 혹은 엑츄에이터의 개발에 사용되고 있다.

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참고문헌 (13)

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