초록 ▼

원심력을 이용한 동위원소 분리가 가능한 마이크로 초원심분리기를 설계하기 위하여 전산해석을 이용하여 유동 속도 분포 및 나노입자 거동을 정량적으로 해석을 수행하였으며, 그 결과 마이크로 초원심분리기에서 유체가 자가 회전 하는 것을 보였으며, 속도로부터 1메가 중력가속도 이상의 성능 구현이 가능함을 보였다. 이를 바탕으로 원심분리 성능향상을 위해 입·출구가 각각 2개인 직각 챔버형과 원형 챔버형 초원심분리기를 설계하였고, 미소기전집적 제조 기술을 이용하여 마이크로 초원심분리기를 제조하였다.
실험에서는 초원심분리기의 속도 분포를 정

원심력을 이용한 동위원소 분리가 가능한 마이크로 초원심분리기를 설계하기 위하여 전산해석을 이용하여 유동 속도 분포 및 나노입자 거동을 정량적으로 해석을 수행하였으며, 그 결과 마이크로 초원심분리기에서 유체가 자가 회전 하는 것을 보였으며, 속도로부터 1메가 중력가속도 이상의 성능 구현이 가능함을 보였다. 이를 바탕으로 원심분리 성능향상을 위해 입·출구가 각각 2개인 직각 챔버형과 원형 챔버형 초원심분리기를 설계하였고, 미소기전집적 제조 기술을 이용하여 마이크로 초원심분리기를 제조하였다.
실험에서는 초원심분리기의 속도 분포를 정량적으로 가시화하기 위해 Micro-PIV 시스템을 구축하였고, 초원심분리기에서 유체가 자가 회전함을 보였다. 직각 챔버형 초원심분리기에서 500㎕/min에서 약 0.058메가 중력가속도가 측정되었다. 원심 분리 성능을 평가하기위해 입력 유량이 200㎕/min 조건에서 나노입자 직경이 300㎚와 710㎚인 두 종류의 입자를 주입하여 초원심분리기를 빠져나오는 시간차를 측정한 결과, 시간차가 약 1.5배 정도 차이가 나는 것을 측정하였다.
기계적 회전 없이 초소형 원심분리기에서 유체 자가 회전을 이용하여 동위 원소 모사를 위해 사용한 나노입자의 높은 원심분리 효율이 가능함을 전산해석 및 실험 결과를 통해 보여주었다.

Abstract ▼

1. Purpose
∙ Design and fabricate a mega-gravity10⁶g) micro centrifuge for the feasibility of the application of the isotope separation
∙ Evaluate its performance of the size-selective separation of two different fluorescent nanoparticles with an infinitesimally small mass differenc

1. Purpose
∙ Design and fabricate a mega-gravity10⁶g) micro centrifuge for the feasibility of the application of the isotope separation
∙ Evaluate its performance of the size-selective separation of two different fluorescent nanoparticles with an infinitesimally small mass difference
∙ Secure core technologies to expand it into the mass-production system by putting the chips in array onto the wafer-level plate and stacking them into the module
2. Contests
∙ This paper presents the size-selective centrifugation of two different fluorescent nanoparticles with an infinitesimally small mass difference by using a mega-gravity(10⁶g) micro centrifuge for the feasibility of the isotope separation.
∙ The detailed contents of research are follows:
- Design of the mega-gravity micro centrifuge
- Microflow analysis and trajectory analysis of particles with a small quantity
- Performance analysis and design of 10⁶g micro centrifuge
∙ Microfabrication of the mega-gravity micro centrifuge
- Development and setup of fabrication process
- Development of a high strength bonding technique and device fabrication
∙ Measurement system setup of the separation of particles with a small quantity
- Installation of precise flow control system
- Measurement system setup of the particle behavior
∙ Performance evaluation of particle separation of the micro centrifuge
- Performance measurement of the micro centrifuge
- Visualization and quantitative evaluation of particles separation

목차 Contents

• 제 출 문 ... 1
• 보고서 요약서 ... 2
• 요 약 문 ... 3
• SUMMARY ... 5
• CONTENTS ... 7
• 목 차 ... 8
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 9
• 1절. 연구개발의 필요성 및 목적 ... 9
• 2절. 연구개발의 범위 ... 11
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 13
• 1절. 원자력 연료 분리기술 개발 현황 ... 13
• 2절. 미세 입자 분리기술 개발 현황 ... 14
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 15
• 1절. 마이크로 초원심분리기의 제작에 관한 연구 ... 15
• 2절. 마이크로 초원심분리기 제작 ... 23
• 3절. 마이크로 초원심분리기 성능 평가 ... 28
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 38
• 1절. 목표달성도 ... 38
• 2절. 관련분야에의 기여도 ... 41
• 제5장 연구개발결과의 활용계획 ... 42
• 1절. 추가연구의 필요성 ... 42
• 2절. 타연구에의 응용 ... 42
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 43
• 1절. 수동적인 방법의 입자 분리 방법 ... 43
• 2절. 능동적인 방법의 입자 분리 방법 ... 44
• 제7장 참고문헌 ... 46
• 제8장 추가사항 ... 47
• 1절. 동위원소의 분리 가능성 ... 47
• 2절. 연구개발 결과를 실제 응용할 경우의 문제점과 해결 방안 ... 50
• 3절. 연구 실적 계획 및 연구 성과 ... 55
• 4절. 과제 책임자 해외 파견 기간 동안 과제 수행 방법 ... 63