• Title/Summary/Keyword: 미세유체 장비

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정전기력 잉크젯 미세 패터닝 기술

  • Dang, Hyeon-U;Choe, Gyeong-Hyeon;Kim, Dong-Su
    • 기계와재료
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    • v.22 no.3
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    • pp.22-29
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    • 2010
  • 자원의 고갈과 지구환경오염의 심각성을 인지하는 시각이 늘어남에 따라 산업계에서도 친환경적 기술에 대한 다양한 연구 개발이 이슈가 되고 있다. 정전기력 잉크젯 패터닝 기술 또한 그 예라 할 수 있겠는데, 이는 기존인쇄 기술의 시각적인 표현의 개념을 벗어나 패턴 자체의 기능을 부여함으로써 그 가치를 높이고, 현존하는 각종 미세 패터닝 기술의 다공정성과 환경에 미치는 영향 등의 문제점을 개선 할 수 있는 기술이라 할 수 있겠다. 정전기력 잉크젯 패터닝 기술은 이미 60~70년대부터 연구 개발 되어왔던 정전기력이 유체에 미치는 영향을 제어하여 극소량 미세 액적 토출 및 분무를 이끌어 내는 기술을 기반으로 토출되는 노즐 헤드의 직경 대비 극 미량의 기능성 잉크를 토출하고, 서브마이크론(submicron)급의 패턴 인쇄를 가능케 한다. 본 논문에서는 정전기력 잉크젯 패터닝 공정의 요소기술을 기반으로 프린팅 장비를 설계 및 제작하고, 미세 액적 토출을 위한 수마이크론의 직경을 갖는 노즐 헤드를 개발 및 프린팅 장비에 대응하여 통합 제어 프로그램을 이용한 기판상의 미세 패터닝 실험을 실시하였다. 정전기력 기반 미세 패터닝 실험의 공정 변수를 잉크의 특성, 노즐헤드의 특성, 기판의 특성, 장비의 특성으로 구분지어 공정 시스템의 성능을 검토 및 기능성 잉크의 미세 패터닝을 구현 하였다.

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Preparation of Monodisperse PEGDA Microparticles Using a Dispensing Needle Based Microfluidic Device (주사기 바늘 기반의 미세유체 장치를 이용한 단분산성 PEGDA 입자의 제조)

  • Jin, Si Hyung;Kim, Taewan;Oh, Dongseok;Kang, Kyoung-Ku;Lee, Chang-Soo
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • v.57 no.1
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    • pp.58-64
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    • 2019
  • This study presents a novel method for preparing monodisperse polyethylene glycol diacrylate (PEGDA) microparticles in a dispensing needle based microfluidic device. The microfluidic devices are manufactured by manually assembling various off-the-shelf products without using additional equipment. In this microfluidic device, the volumetric flow rates of the dispersed phase of PEGDA solution and the continuous phase of oil are controlled to generate monodisperse PEGDA droplets. The PEGDA droplet contains photo-initiator thus it is crosslinked to microparticle by photopolymerization at the ends of the device. The particle size is easily controlled by adjusting the volume flow rate and the size of the microfluidic device. The monodispersity of the particles is calculated by a coefficient of variation of 2.57%. To demonstrate the biological applications of PEGDA particles, cells are encapsulated and observed for proliferation and viability.

Development of a Centrifugal Microreactor for the Generation of Multicompartment Alginate Hydrogel (다중 알긴산 입자제조를 위한 원심력 기반 미세유체 반응기 개발)

  • Ju-Eon, Jung;Kang, Song;Sung-Min, Kang
    • Applied Chemistry for Engineering
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    • v.34 no.1
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    • pp.23-29
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    • 2023
  • Microfluidic reactors have been made to achieve significant development for the generation of new functional materials to apply in a variety of fields. Over the last decade, microfluidic reactors have attracted attention as a user-friendly approach that is enabled to control physicochemical parameters such as size, shape, composition, and surface property. Here, we develop a centrifugal microfluidic reactor that can control the flow of fluid based on centrifugal force and generate multifunctional particles of various sizes and compositions. A centrifugal microfluidic reactor is fabricated by combining microneedles, micro- centrifuge tubes, and conical tubes, which are easily obtained in the laboratory. Depending on the experimental control param- eters, including centrifuge rotation speed, alginate concentration, calcium ion concentration, and distance from the needle to the calcium aqueous solution, this strategy not only enables the generation of size-controlled microparticles in a simple and reproducible manner but also achieves scalable production without the use of complicated skills or advanced equipment. Therefore, we believe that this simple strategy could serve as an on-demand platform for a wide range of industrial and academic applications, particularly for the development of advanced smart materials with new functionalities in biomedical engineering.

Study on Structural Strength and Application of Composite Material on Microplastic Collecting Device (휴대형 미세플라스틱 수거 장비 경량화 부품 설계 및 구조강도 평가)

  • Myeong-Kyu, Kim;Hyoung-Seock, Seo;Hui-Seung, Park;Sang-Ho, Kim
    • Composites Research
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    • v.35 no.6
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    • pp.447-455
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    • 2022
  • Currently, the problem of pollution of the marine environment by microplastics is emerging seriously internationally. In this study, to develop a lightweight portable microplastic collection device, the types and number of microplastics in 21 coastal areas nationwide in Korea were investigated. And CFRP (Carbon Fiber Reinforced Plastic), GFRP (Glass Fiber Reinforced Plastic), ABS (Acrylonitrile Butadiene Styrene copolymer) and aluminum were applied for design and analysis of microplastic collection device to have the durability, corrosion resistance and lightweight. As a result of sample collection and classification from the shore, it was confirmed that microplastics were distributed the most in Hamdeok beach, and the polystyrene was found to be mainly distributed microplastics. Particle information through coastal field survey and CFD (Computational Fluid Dynamics) analysis were used to analyze the flow rate and distribution of particles such as sand and impurities, which were applied to the structural analysis of the cyclone device using the finite element method. As a result of structural analysis considering the particle impact inside the cyclone device, the structural safety was examined as remarkable in the order of CFRP, GFRP, aluminum, and ABS. In the view of weight reduction, CFRP could be reduced in weight by 53%, GFRP by 47%, and ABS by 61% compared to aluminum for the cyclone device.

Reevaluation of hydrogen gas dissolved cleaning solutions in single wafer megasonic cleaning

  • Kim, Hyeok-Min;Gang, Bong-Gyun;Lee, Seung-Ho;Kim, Jeong-In;Lee, Hui-Myeong;Park, Jin-Gu
    • Proceedings of the Materials Research Society of Korea Conference
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    • 2009.11a
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    • pp.34.1-34.1
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    • 2009
  • 1970년대 WernerKern에 의해서 개발된 RCA 습식 세정 공정은 이후 메가소닉 기술 개발과 더불어 현재까지반도체 세정 공정에서 필수 공정으로 알려져 있다. 하지만, 반도체패턴의 고집적화 미세화에 따라 메가소닉을 기반으로 하는 세정기술은 패턴 붕괴 및 나노 입자 제거의 한계를 드러내면서 난관에 봉착하고 있으며, 특히, 기존의 Batch식에서 매엽식으로 세정 방식이 전환은 새로운 개념의 메가소닉 기술 개발을 요구하게 되었다. 메가소닉을 사용한습식 세정공정은 메가소닉에 의한 캐비테이션 효과 (Cavitation Effect)에 따른 충격파 및음압 (Acoustic Streaming)에 의한 입자제거를 주요 메커니즘으로 한다. 메가소닉 주파수와 Boundary Layer 두께는, $\delta=\surd(2v/\omega)$($\delta$=두께, v=유체속도), $\omega=2{\pi}f$ (f=주파수), 으로 표현할 수 있다. 위의 식에 따르면, 메가소닉을 이용한 세정공정에서 주파수가 높아질수록 Boundary Layer의 두께가 감소하며, 이는제거 가능한 입자의 크기가 작아짐을 의미하며, 다시말해, 1 MHz 보다 2 MHz 메가소닉 세정장비에서 미세 입자 세정에 유리함을 예상할 수 있다. 본연구에서는 매엽식 세정장비를 사용하여, 1MHz 및 2MHz 콘-타입 (Cone-Type) 메가소닉 장치를 100nm이하 세정 입자에 대한 입자 제거효율을 평가하였다. 입자 제거 효율을 평가하기 위하여, 표준 형광입자(63nm/104nm 형광입자, Duke Scientifics, USA)를각각 IPA에 분산시킨 후, 실리콘 쿠폰 웨이퍼 ($20mm{\times}20mm$)를 일정시간 동안 Dipping 한 후, 고순도 질소로 건조시켜 오염하였다. 매엽식 세정장비(Aaron, Korea)에 1MHz와 2MHz의 콘-타입메가소닉 발진기 (Durasonic, Korea)를 각각 장착하였다.입자 오염 및 세정 후 입자 개수 측정 및 오염입자의 Mapping은 형광현미경 (LV100D, Nikon, Japan)과 소프트웨어(Image-proPlus, MediaCybernetics, USA)를 사용하여 평가하였으며, Hydrophone을 사용하여 메가소닉에서 발생되는 음압의 균일도를 각 조건에서 측정하였다. 각각의 세정공정은 1MHz와 2MHz 메가소닉 발진기 각각에서 1W, 3W, 5W 파워로 1분간 처리하였으며, 매질을 초순수를 사용하였다. 104nm 형광 입자는 1MHz 와 2 MHz 메가소닉 세정기와 모든 세정 공정조건에서 약 99%의 세정효율인 반면, 63nm 형광입자의 경우는 전체적인세정 결과가 80% 대로 감소하였다. 본 연구를 통하여, 입자크기의 미세화에 따른 입자제거효율이 크게 감소 하는 것을 확인할 수 있으며, 기존 Batch식 메가소닉 대비 단시간 및 낮은 전압에서 동일 혹은높은 세정 효율을 얻었다. 다만, 1MHz와 2MHz 메가소닉에서의 세정력은 큰 차이를 관찰 할 수 없었는데, 주파수변화에 따른 세정효율 측정을 위하여 미세 입자를 사용한 추가 실험이 필요 할 것이다.

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NUMERICAL SIMULATION OF THERMAL CONTROL OF A HOT PLATE FOR THERMAL NANOIMPRINT LITHOGRAPHY MACHINES (고온 나노임프린트 장비용 핫플레이트의 열제어에 대한 수치모사)

  • Park, G.J.;Kwak, H.S.;Shin, D.W.;Lee, J.J.
    • 한국전산유체공학회:학술대회논문집
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    • 2007.04a
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    • pp.153-158
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    • 2007
  • Since the introduction of Nanoimprint in the mid-1990s, Nanoimprint lithography, a low-cost, non-convential method, has been the dominant lithography technology that guarantees high-throughput patterning of nanostructures. Based on the mechanical embossing mechanism, Nanoimprint lithography creates the nanopatterns on the polymer material cast on the substrate. In essence, the process needs nanofabrication equipment for printing with the adequate control of temperature, pressure and control of parallels of the stamp and substrate. This article introduce the possibility and reality of the thermal control on the hot plate using a CFD code. Numerical computation has been conducted for assessing the feasibility of a hot plate($120{\times}120\;mm2$). PID control is adopted to ensure high temperature uniformity in several zones. Parallel experiments have also been performed for verifying thermal performance. Not only show the results the optimum number of thermocouples related to controllers but also suggest that the thermal simulation using a CFD code would be an alternative method to design and develop the thermal control equipment in the financial aspect.

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Brief Review on the Processes for RNA-Platform Vaccine Production (RNA 플랫폼 백신 제조공정 고찰 연구)

  • Roh, Hyungmin;Oh, Kyeongseok
    • Journal of the Korea Convergence Society
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    • v.12 no.8
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    • pp.179-186
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    • 2021
  • Among the Covid-19 vaccine platforms, mRNA-platform vaccines are summarized qualitatively in this paper. Manufacturing mRNA vaccines consist of serial processes; the preparation process of DNA template, the transcription of mRNA, nanoemulsion process, and the fill and finish unit combined with formulation stages. It is noticeable that major players are collaborated for producing mRNA vaccines. In particular, the nanoemulsion process is recognized to the key process requiring formulated lipid materials to protect modified mRNA until they arrive in intracellular cytosol. It is known that the nanoemulsion process adapts well-designed microfluidic devices. We expect that the nanoemulsion process will stimulate pharmaceutical industries to develop diverse applications.

플라즈마 펄싱을 이용한 건식 식각 공정의 수치 모델링

  • Ju, Jeong-Hun;Kim, Nam-Heon
    • Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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    • 2014.02a
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    • pp.216.2-216.2
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    • 2014
  • 플라즈마의 연속 운전 조건은 플라즈마 발생원의 기하적, 전기적 특성에 의한 공정 특성을 갖는다. RF power를 pulsing하는 경우 off시간에 하전 입자와 중성 라디칼의 소멸 특성의 차이로 인하여 나노 미세 구조의 식각에 유리한 측면이 있다. 유도 결합 플라즈마원을 주발생원으로 이용하는 건식 식각장비의 기판 바이어스를 rf pulsing하는 경우 유체 모델을 이용한 계산 방법에서 rf off 시간 중의 2차 전자 발생 계수를 rf on time시와 동일 하게 계산하거나 입사 이온의 에너지와 무관하게 0.05 등의 상수로 처리하는 경우가 많은데 본 연구에서는 rf bias off 시간 동안의 SEC(secondary electron coefficient)를 변화시키는 조건이 플라즈마의 특성에 어떤 영향을 미치는지 CFD-ACE+에 user subroutine을 이용하여 조사하였다.

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CFD Explanation and Verification of Multi Inner Stage Cyclone for The Particle Removal (미세입자 제거를 위한 Multi Inner Stage Cyclone의 CFD 해석 및 검증)

  • Lee, Sang Jun;Kim, Chun-Lee;Lee, Won Joo
    • Journal of the Korea Society of Computer and Information
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    • v.18 no.1
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    • pp.149-156
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    • 2013
  • In this paper, Commercial program, STAR-CCM+, was used for computer simulation. And also Multi Inner Stage(MIS) cyclone which especially designed for the real experiments of particle removal efficiency. Under negative pressure condition of outlet, computer simulation was performed to predict the removal efficiency for $5{\mu}m$ and $10{\mu}m$ particles by using a turbulence model and lagrangian method. The simulation results are 55.7% and 64.1% for $5{\mu}m$ and $10{\mu}m$ particles, respectively. To compare the simulation results with the actual test of MIS cyclone, we generated the $SiO_2$ particles by heat reactor. Although removal efficiency of actual tests is 63~76% at different flow rate, the size of $SiO_2$ particles which confirmed by SEM(scanning electron microscope) and WAPS(wide range aerosol particle spectrometer) is too small(15~30nm) to compare each results. And so the alternative experiments were performed by using commercial alumina particles ($5{\mu}m$, $10{\mu}m$ and $20{\mu}m$). It was shown that the actual removal efficiency, 76~95%, from MIS cyclone is higher than simulated one.