• 한국가시화정보학회:학술대회논문집
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• 2007.11a
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• pp.66-70
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• 2007

현재 많은 연구들이 작은 크기에 여러 공정을 집적시킬 수 있는 장점을 가진 마이크로 장치의 개발과 활용에 집중되고 었다. 마이크로 장치에서 가장 중요한 것은 미세 유동의 효율적인 제어이다. 본 연구에서는 마이크로 장치에 직접 적용 가능한 표면 개질 된 마이크로 채널의 유동에 대하여 고려하였다. 표면 개질(surface treatment)은 물리적, 화학적인 작용을 통해서 채널 내부 표면의 습윤성을 변화시켜 유동을 제어하는 방법이다. 친수성(glass)을 가지는 마이크로 채널 내부의 일부를 소수성(teflon)으로 개질 후, 고속카메라를 이용하여 채널 내부를 흐르는 유체의 유동 경계면 변화를 분석하였다. 또한 유동 해석을 위한 상용 코드(CFD-ACE)를 이용하여 유동에 대한 수치 해석을 진행하여 가시화된 실험 결과와 비교 분석하였다. 실험 결과와 수치 해석 결과를 통해, 친수성과 소수성 표면 배열에 따른 일시적인 유동 변화를 관찰하였다. 본 연구 결과를 통해 마이크로 채널 유동의 최적화 상태를 찾을 수 있으며, 보다 용이한 미세 유동 제어가 가능하다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.35 no.8
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• pp.899-904
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• 2011

This This study aims to verify burr formation and to remove the burrs in micro-channel fabrication using micro-machining tools. The machining processes are combined with micro-milling and magnetic abrasive deburring for AISI316 stainless steel. Depending on the micro-milling conditions that are applied, burrs are formed around the side walls. Magnetic abrasive deburring is used to remove these burrs. AISI316 stainless steel is a nonferrous material and its magnetic flux density, which is an important parameter for efficient magnetic abrasive deburring, is low. To enhance this magnetic flux density, we design and build a magnetic array table. The effect of removing burrs is evaluated via SEM and a surface tester.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.110-110
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• 2017

마이크로 플루이딕 디바이스는 화학, 생물학 실험 및 생체 의학 진단을 위한 플랫폼으로 지난 20년간 그 사용 및 연구가 증가되어 왔다. 마이크로 플루이딕 디바이스를 제작하는 데 있어 가장 일반적으로 사용되는 재료는 실리콘이지만 비용이 많이 들고 불투명하므로 광학 검출이 필요한 곳에 적용이 제한된다. 이러한 측면에서 열가소성 플라스틱은 상업화의 중요한 요소인 대량 생산에 있어 큰 잠재력을 가지고 있으며 저렴하고, 가공이 쉽고, 유연하고, 광학적으로 투명하고, 화학적으로 불활성이며, 생체적합성을 가진다. 본 연구에서는 열가소성 플라스틱의 일종인 PMMA Poly(methylmethacrylate)를 효율적으로 접합하기 위해 비교적 낮은 온도와 낮은 압력에서 에탄올을 활용한 접착방식을 개발하였다. 먼저, PMMA 기판의 전체 표면을 $80^{\circ}C$에서 20 분 동안 에탄올로 처리한 후, $60^{\circ}C$에서 20 분간 열 압착하는 방식으로 영구적인 결합이 이루어졌다. 결합 강도 및 채널의 sealing 정도를 확인하기 위해, 인장 강도, 누수 및 파열 테스트를 수행하였다. 결합강도는 약 12.4 MPa로 타 연구와 비교할 때 매우 높았으며 마이크로 채널의 전체 내부 체적보다 거의 450 배 높은 강한 액체 흐름을 견딜 정도로 견고한 결합이 유지되었다. 열가소성 플라스틱의 본딩에 사용되는 유기 용매는 광학 특성을 희생시키지 않으면서 결합 속도를 높일 수 있지만, 결합 공정 중에 용매로 인해 마이크로 채널이 막히는 현상이 발생될 수 있다. 따라서, 견고한 본딩을 유지하면서 채널 막힘을 방지하기 위해 마이크로 채널을 소수성으로 선택적으로 처리하여 내벽의 표면 특성을 튜닝해 주는 기법을 추가로 적용하였다. 본 연구에서 사용한 방법은 아민-PDMS (polydimethylsiloxane) 링커를 적용하여 기판 표면의 극성을 변경시켜 주었다. 아민-PDMS 링커는 PC (polycarbonate), PET (polyethylene terephthalate), PVC (polyvinyl chloride) 및 PI (polyimide)와 같은 다양한 열가소성 플라스틱의 표면 소수성을 현저히 증가시키며 화학적, 열적 안정성이 뛰어나다. 아민-PDMS 링커는 PMMA의 카보닐 그룹과 반응할 수 있는 아민 사이드 그룹을 포함하는 PDMS 백본으로 구성되며 처리된 대상표면을 소수성으로 만든다. 아민-PDMS 링커 처리 이후 채널은 소수성으로 변화되었으며 이는 접촉각(contact angle)의 증가로 확인되었다. 코팅된 채널을 에탄올로 30분간 80도에서 처리하여도 소수성은 그대로 유지되어 마이크로 채널의 선택적인 소수성 코팅이 성공적으로 수행되었다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.41 no.1
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• pp.69-74
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• 2017

The validity of friction factor theory, based upon conventional-sized passages for microchannel flows, is an active area of research. The high surface to volume ratio of a microchannel offers many advantages over macroscale devices and processes. This study focused on the laminar flow (16$161{\mu}m$ to $664{\mu}m$ for single-phase liquid flow. A controllable syringe pump was used to provide flow while a differential pressure transducer was used to record the pressure drop. These results demonstrated that a 3D printer can drastically simplify custom microchannel fabrication and still support complex features, which are typically only accessible with advanced fabrication techniques.

• Proceedings of the Korean Institute of Information and Commucation Sciences Conference
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• 2004.05b
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• pp.655-657
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• 2004

채널 레벨 컨트롤러는 DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing) 방식의 OXC(Optical Cross Connect), OADM(Optical Add/Drop Multiplexer), 광 증폭기(EDFA : Erbium Doped Fiber Amplifier) 둥의 시스템에서 채널별 광신호의 세기를 조절하여 시스템의 신뢰성을 높이는 중요한 제어기다. 본 논문에서는 12채널 VOA(Variable Optical Attenuator) 4개를 사용하여 40채널의 광 신호 레벨을 제어할 수 있는 컨트롤러를 구현하였다. 각 채널의 광 신호 레벨을 제어하는데 하나의 마이크로 프로세서가 5개의 채널을 제어하고 총 8개의 마이크로프로세서로 40채널을 분산 제어하도록 구성하였다. 또한 외부와 통신을 하고 사용자로부터의 명령을 각각의 마이크로프로세서에 전달하기 위한 마이크로프로세서를 추가하였으며, 출력되는 광 신호의 세기를 측정하여 VOA를 제어하는데 있어서 VOA 출력에서 바로 PD(Photo Detector)로 입력하여 AWC(Arrayed Waveguide Grating) 출력에서 광 신호를 다시 분파하여 PD에 입력하는 번거로움을 개선하였다.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2003.10a
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• pp.54-54
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• 2003

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2004.07c
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• pp.2099-2101
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• 2004

본 연구에서 제안하는 마이크로 시스템은 열공압 방식으로 구동되고 제작비용이 저렴한 indium tin oxide (ITO) 및 polydimethylsiloxane (PDMS)로 제작되었다. 제안된 마이크로 밸브와 마이크로 펌프의 구조는 ITO 히터, SU-8 층, PDMS membrane, 그리고 PDMS 채널로 구성 되어 있다. 제안된 마이크로 펌프와 마이크로 밸브는 제작 공정 및 구조가 간단하고 값이 저렴하며, 마이크로 펌프와 마이크로 밸브를 같은 기판 위에 쉽게 직접화할 수 있는 장점을 가진다. 마이크로 밸브의 유량은 채널 폭에 비례하며 밸브가 closing 되는 전력은 채널의 폭과 상관없이 100 mW이다. 마이크로밸브의 ITO 히터의 온-오프에 따라 유량이 매우 잘 제어되었다. 제안된 마이크로 펌프의 경우, 히터의 인가 펄스 전압이 증가함에 따라 유량은 선형적으로 비례 증가함을 관찰할 수 있다. 마이크로 펌프의 최대 유량은 펄스 전압과 duty 비가 55V와 10%일 때 6 Hz에서 78 nl/min이 측정 되었다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.34 no.4
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• pp.349-354
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• 2010

Fuel cells have attracted enormous interest as new power sources because the cells can be used to solve the problem of environmental pollution as well as the natural-resource exhaustion problem. In this study, hydrogen-gas flow in microchannels of different shapes was numerically analyzed to improve the efficiency of a microfuel cell. Flow characteristics in six microchannels of different shapes but under identical boundary conditions were simulated. The analysis result shows that the flow characteristics such as velocity, uniformity, and flow rate, greatly depend upon the channel shape. This implies that the efficiency of microfuel cell can be expected to be increased by adopting the optimal configuration of channel shape for hydrogen-gas flow. The experimental results show that power density of a PEMFC with a microflow channel is higher than that of a PEMFC without a microflow channel; however, a durable catalyst is required in MEA.

• Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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• 2017.05a
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• pp.109-109
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• 2017

알지네이트 하이드로 젤은 해조류에서 추출되는 천연 고분자인 알지네이트가 칼슘 또는 마그네슘 양이온과 이온가교(Ioninc cross linking)를 형성할 때 알지네이트의 고분자 구조가 칼슘, 마그네슘 양이온을 감싸면서 형성되는 고분자이다. 알지네이트 하이드로 젤은 높은 생체적합성(Biocompatibility)으로 인해 세포 재생을 위한 조직공학 및 재생의학, 약물전달 등의 제약 관련 분야에 광범위하게 적용될 수 있는 물질로 많은 연구가 이루어지고 있다. 본 연구에서는 마이크로 플루이딕 칩을 이용하여 알지네이트 튜브를 제조하였다. 먼저 유동 포커싱 방식(flow focussing)을 유도할 수 있는 PDMS(Polydimethylsiloxane) 마이크로 플루이딕 칩을 제조하였다. 마이크로 플루이딕 칩은 CNC(Computer Numeric Control) milling machine을 이용한 template를 만들고 NOA mold를 이용하여 최종 PDMS 칩을 제작하였다. 튜브를 만들기 위한 마이크로 채널은 내부 채널 ($200{\times}200um$), 중간 채널 ($200{\times}200um$) 및 외부 채널 ($200{\times}200um$)로 구성되며 내부, 중간, 외부의 유체가 합류하는 수집채널은 폭 500 um, 깊이 200 um로 구성되었다. 운반체로는 5%의 acetic acid를 함유한 mineral oil를 이용하였으며 내부의 core flow는 $H_2O$로 하였다. 중간 유체인 2% 알지네이트 프리폴리머는 칼슘 이온의 존재 하에서 젤화 과정이 매우 빠르기 때문에 마이크로 채널 내부에서의 반응을 제어하고 막힘을 방지하기 위해 수용성 복합 칼슘-에틸렌 디아민 테트라 아세트산 (EDTA)을 사용하였다. 본 마이크로 플루이딕 칩에 각각의 유체를 이동시켰을 때, 운반체인 oil phase의 수소이온은 중간 유체인 알지네이트 프리폴리머와의 계면을 통해 확산되어 Ca-EDTA 복합체로부터 칼슘 양이온의 방출을 유발하게 된다. 방출된 칼슘 양이온은 알지네이트 고분자와의 이온 가교를 통해 알지네이트 하이드로 젤을 형성하여, 각 유체의 flow에 따라 알지네이트 튜브를 쉽고 빠르게 제조 가능하였다. 본 연구에서 제조된 알지네이트 튜브는 인체 내 장기간 약물 전달을 위한 나노섬유로 활용하거나 인공혈관을 구성하는 extracellular matrix로 활용될 잠재력을 가지고 있어 추후 활발한 연구개발이 진행될 예정이다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.35 no.8
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• pp.831-838
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• 2011

A growing bubble can be squeezed for water, and it will then encounter flow instability, which reverses toward upstream in straight micro-channels. To reduce the flow instability, a micro-channel that expands at the downstream end has been found to be effective. In the expanding area, a growing bubble will tend to move downstream because the net surface tension force of a vapor-liquid interface is inversely proportional to the local radius of curvature. We propose a static flow instability model and validate it experimentally. Moreover, we apply the local-instability parameter concept to the real design of a stable evaporative micro-channel with an expanding area. Based on the localinstability model, we establish a static design for stable expanding evaporative micro-channels.