초록 ▼

본 연구에서는 마이크로 채널에서 대칭의 분지 채널을 이용하여 액적의 쌍안정성을 최초로 관찰하였으며, 이를 정량화함으로써 쌍안정성이 발생되는 유동 범위를 규명하였다. 액적의 쌍안정성이 발생하기 위해서는 특정한 임계 속도가 존재한다는 것을 확인하였다. 또한 액적의 쌍안정성을 이용하여 액적을 분지채널로 교대로 분배하는 장치 및 액적의 이동경로를 변환하는 장치를 개발하였다. 작동 주기에 영향을 받지 않기 때문에 액적의 쌍안정성을 이용한 장치는 매우 견고한 장점이 있으며, 가공 가격, 장치의 크기 및 액적 제어 과정의 복잡성 등이 액적의 쌍

본 연구에서는 마이크로 채널에서 대칭의 분지 채널을 이용하여 액적의 쌍안정성을 최초로 관찰하였으며, 이를 정량화함으로써 쌍안정성이 발생되는 유동 범위를 규명하였다. 액적의 쌍안정성이 발생하기 위해서는 특정한 임계 속도가 존재한다는 것을 확인하였다. 또한 액적의 쌍안정성을 이용하여 액적을 분지채널로 교대로 분배하는 장치 및 액적의 이동경로를 변환하는 장치를 개발하였다. 작동 주기에 영향을 받지 않기 때문에 액적의 쌍안정성을 이용한 장치는 매우 견고한 장점이 있으며, 가공 가격, 장치의 크기 및 액적 제어 과정의 복잡성 등이 액적의 쌍안정성을 이용함으로써 경감될 수 있다. 또한 다른 마이크로플루이딕 장치들에 쉽게 연성될 수 있는 장점이 있다. 액적이 쌍안정 상태에 있는 경우, 유동은 연속적이지 않고 디지털화 되는 특징을 나타낸다. 따라서 이를 활용하면 안정적이며 정밀한 유동 제어가 가능하기 때문에 액적의 쌍안정성에 대한 연구는 유동 제어 측면에서 중요한 의의를 가진다.
수치해석적 연구로는 제안된 level-set 기법을 사용하여 2차원 채널에서의 액적의 움직임에 대한 수치모사를 수행하였다. Q2Q1 사각형요소와 Q1Q1 사각형요소를 혼합하여 사용하였고, 재초기화 방정식을 풀기 위해 직접접근법을 채택하여 채널에서의 기하학적인 정보를 토대로 상경계면까지의 최단거리를 구하였다. 액적의 시간에 따른 위치변화는 기존 연구결과와 잘 일치하고 있음을 확인하였다. 2차원 직선채널과 확대채널에서 액적병합 현상을 수치모사하여 실험결과와 비교하였으며, 정성적으로 일치하는 결과를 얻었다. 직선채널의 경우, 표면장력과 액적표면에 작용하는 음의 벽전단응력의 영향으로 인하여 액적병합이 발생하는 반면, 확대채널에서는 표면장력과 양의 벽전단응력의 영향으로 액적병합이 발생한다.

목차 Contents

• 일반연구자지원사업 최종(결과)보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• I. 연구결과 요약문 ... 4
• II. 연구내용 및 결과 ... 5
• 1. 연구과제의 개요 ... 5
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 5
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 5
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 ... 11
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 11
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 11
• III. 연구성과 ... 13