[논문]AC 전기습윤에서 액적 내부의 유동

고성희; 강관형

AC 전기습윤에서 액적 내부의 유동
Flow inside the Droplet in AC Electrowetting 원문보기

고성희 (POSTECH 기계공학과) , 강관형 (POSTECH 기계공학과)

We found that there exists a flow inside a droplet in AC electrowetting, which is distinct from DC electrowetting. In order to investigate the origin of the flow inside the droplet, we performed an experiment and numerical simulation. It is conjecture, based on the results of the experiment and numerical simulation, the flow is caused by the so called induced-charge electroosmosis at high frequencies, and by droplet oscillation at low frequencies.

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문제 정의

우리는 이번 연구를 통해 AC 전기습윤에서 액적 내부에 상당히 빠른 유속의 유동이 존재한다는 것을 처음으로 발견하였다. 본 논문에서는 액적 내부 유동의 발생 원인과 특성에 대한 연구결과를 보고하고자 한다.
본 연구를 통해 AC 전기습윤에서 액적 내부의 유동을 발견하였다. 액적 내부의 유동패턴은 액적에 가해지는 주파수, 전극의 위치에 영향을 받았다.

제안 방법

액적의 임의의 단면의 유동을 가시화하기 위해 2 μm 크기의 폴리스틸렌 형광입자와 얇은 레이저 시트(thin laser sheet)가 이용되었다. 고속카메라(20,000 fps)를 사용하여, 1 kHz 이하의 구간에서, 액적 표면의 진동을 관찰하였다.

대상 데이터

1 은 개략적인 실험장치를 나타낸 것이다. 바닥전극으로 절연 물질인 패럴린(parylene)과 소수성 표면을 위해 Teflon AF1600 이 코팅된 ITO glass가 사용되었다. 실험은 10^-3 M NaCl 수용액 액적(5 μl)을 이용하여 수행되었다.
실험은 10-3 M NaCl 수용액 액적(5 μl)을 이용하여 수행되었다.
실험은 10^-3 M NaCl 수용액 액적(5 μl)을 이용하여 수행되었다. 액적에 전압을 가해주기 위해, 파형 발생기(Agilent 33220A 모델)와 신호 증폭기(FLC Electronics 의 A800 모델)를 이용 하였다. 액적의 임의의 단면의 유동을 가시화하기 위해 2 μm 크기의 폴리스틸렌 형광입자와 얇은 레이저 시트(thin laser sheet)가 이용되었다.
액적의 임의의 단면의 유동을 가시화하기 위해 2 μm 크기의 폴리스틸렌 형광입자와 얇은 레이저 시트(thin laser sheet)가 이용되었다.

성능/효과

그리고 수치해석 결과(COMSOL Multiphysics™) 고주파수(128 kHz)에서는 액적 내부에 전기장이 존재하지만, 저주파수(1 kHz)에서는 액적 내부에 전기장이 없었다(Fig. 5).
전기습윤에서 액적에 AC 전압이 가해지면 접촉각이 변하지 않는 접촉각 포화 현상이 지연되고 히스테리시스(hysteresis)가 적다는 등의 특성이 나타난다는 사실은 잘 알려져 있다 [1]. 우리는 이번 연구를 통해 AC 전기습윤에서 액적 내부에 상당히 빠른 유속의 유동이 존재한다는 것을 처음으로 발견하였다. 본 논문에서는 액적 내부 유동의 발생 원인과 특성에 대한 연구결과를 보고하고자 한다.

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