• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.34 no.6
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• pp.35-41
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• 2006

In this paper, we focus on improving the performance of the piezoelectric diaphragms of valveless micropumps. A circular lightweight piezoelectric composite actuator (LIPCA) with a high level of displacement and output force has been developed for piezoelectrically actuated micropumps. We used numerical and experimental methods to analyze the characteristics of the actuator to select optimal design. With the developed circular LIPCA, we fabricated a valveless micropump by photo-lithography and PDMS molding techniques. The displacement of the diaphragm, the flow rate and the back pressure of the micropump were evaluated and discussed. With a semi-empirical method, the flow rate with respect to driving frequency was predicted and compared with experimental one. The test results confirm that the circular LIPCA is a promising candidate for micropump application and can be used as a substitute for a conventional piezoelectric actuator diaphragm.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.36 no.1
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• pp.7-13
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• 2008

In this paper, the pumping performance of a piezoelectric valveless micropump is simulated with a commercial finite element analysis software, COMSOL Multiphysics. The micropump developed in the previous work is composed of a 4-layer lightweight piezo-composite actuator (LIPCA), a polydimethylsiloxane (PDMS) pump chamber, and two diffusers. The piezoelectric domain, structural domain and fluid domain are coupled in the simulation. Water flow rates are numerically predicted for geometric parameters of the micropump. Based on this study, the micropump is optimally designed to obtain its highest pumping performance.

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2003.10a
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• pp.189-189
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• 2003

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2004.07c
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• pp.2093-2095
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• 2004

본 논문은 압전소자를 구동장치로 사용한 마이크로 펌프의 제작과 실험에 관한 논문이다. 마이크로 펌프의 상부기판은 polydimethyl siloxane(PDMS)을 소재로 미세유로에 상시 닫힌 밸브가 일체화된 구조로 제작되었고, 하부기판은 polymethyl methacrylate(PMMA)를 소재로 3개의 압전 디스크가 구동기로 부착되었다. 최종적으로 상, 하부 기판은 액상 PUMS로 접합하여 제작했다. 구동기의 입력신호는 6상으로 구형파를 인가하여 연동구동하며 주파수와 전압을 가변하면서 유량을 측정하였다. 구동 주파수가 0.167 Hz이고 전압이 20 V일 때, 마이크로펌프의 1회 토출량은 104 nl이고, 유량은 1.04${\mu}{\el}$/min이다.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2005.11a
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• pp.140.1-140.1
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• 2005

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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• v.38 no.5
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• pp.567-573
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• 2014

Since the development of microelectromechanical systems (MEMS) technology for the medical field, various micro-fluid transfer systems have been studied. This paper proposes a micro-piezoelectric pump that imitates a stomach's peristalsis by using two separate piezoelectric elements, in contrast to existing micro-pumps. This piezoelectric pump is operated by using the valve-less traveling wave of peristalsis movement. If the piezoelectric plates at the two separated plates are actuated at the input voltage, a traveling wave occurs between the two plates. Then, the fluid migrates by the pressure difference generated by the traveling wave. Finite element analysis was performed to understand the mechanics of the combined system with piezoelectric elements, elastic structures, and fluids. The effects of design variables such as the chamber height and number of ceramics on the flow rate of the fluid were examined.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.37 no.8
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• pp.744-750
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• 2009

In this study, the pumping performance of a piezoelectric valveless micropump is simulated. The micropump, which was developed in the previous work, is composed of a four-layer lightweight piezocomposite actuator, a polydimethylsiloxane (PDMS) pump chamber, and two diffusers. The piezoelectric domain, the fluid domain and the structural domain are coupled in the three-dimensional simulation. We used ANSYS for the piezoelectric and structural domains and ANSYS CFX for the fluid domain. The effects of driven frequency on the flow rate have been investigated by simulating the flow characteristics for 10 Hz and 40 Hz driven frequencies. The flow rates with respect to driven frequencies up to 300 Hz have been calculated.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.448-448
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• 2013

최근 생물학적 분석 기구에서 시료를 처리, 분리, 검출, 샘플링 또는 분석하기 위해 사용되는 마이크로펌프(Micropump)에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한 전자소자의 성능과 신뢰성의 증진을 위한 전자소자의 열 문제를 해결하기 위해 냉각장치로 마이크로 펌프가 적용되기도 한다. 그 외에도 마이크로펌프는 다양한 분야에 응용이 가능하다. 마이크로펌프는 작동 방식에 따라 압전형, 공압형, 열공압형, 연동형 등의 여러 종류로 분류되고 있다. 그중에서도 최근에는 연동형 마이크로 펌프의 개발이 각광받고 있다. 기존의 연동형 펌프들은 다중 챔버를 가지고 있으며, 각각의 챔버 내에서 Dead volume이 많이 발생할 뿐만 아니라 이상적인 연동운동과는 차이가 많이 나는 문제점을 가지고 있다. 또한 압전방식과 열공압방식은 느린 응답성으로 인해 효율적인 유체 이동이 어렵다. 본 논문에서는 이상적인 연동운동을 구현하기 위하여 기존의 연동형 펌프의 단점을 보완하고, 하나의 챔버에 다중전극 구조를 가지는 정전기력방식의 연동형 펌프를 개발하였다. 정전기력방식으로 펌프를 구동함으로써, 저전력으로 펌프구동이 가능하며, 하나의 챔버에 다중전극을 설치함으로써 이상적인 연동운동을 재현하였다. 그리고 Dead volume을 최소화 하였다. 또한, 빠른 반응속도로 인해 효율적인 유체 이동을 실현시킬 수 있었다. 본 연구에서 제안된 마이크로 펌프의 구성은 크게 챔버, 박막, Inlet/outlet hole으로 구성되었다. 챔버는 Si-wafer에 wet etching 공정으로 제작 하였고 그 위에 알루미늄 박막을 200 nm 증착시켰다. 챔버는 가로 32 mm, 세로 5 mm, 깊이는 $15{\mu}m$, 부피는 $200{\mu}l$으로 제작되었다. 박막은 폴리이미드(polyimide)를 사용하여 $3{\mu}m$의 두께로 제작 되었으며, 폴리이미드 박막 사이에는 200 nm 두께의 4개의 알루미늄 박막 전극을 삽입시켰다. 삽입된 4개의 전극에 개별적인 전기신호를 보냄으로써 연동운동이 가능하다. Inlet/outlet hole은 직경 2 mm의 크기로 제작되었으며, 튜브를 연결하여 유체가 흐를 수 있는 체널을 형성하였다. 제작된 마이크로 펌프의 구동전압은 115 V이며, 인가되는 주파수를 1 Hz~100 KHz까지 변화시켜 유량을 측정하였다. 작동 유체는 공기이며, 유량측정은 튜브 내에 물방울을 삽입하여 시간에 따른 이동거리를 관측하였다. 측정결과 2.2 KHz에서 2.4 mm/min의 가장 높은 유량을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 제안된 연동형 마이크로펌프는 이상적인 연동운동이 가능함으로써 기존의 연동형 방식의 문제점을 보완하였으며, 생명과학, 의학, 화학 등의 분야에서 적용이 가능하리라 기대된다.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2005.11a
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• pp.46.1-46.1
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• 2005

• Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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• v.19 no.5
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• pp.411-417
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• 2007

This study has been conducted to investigate pumping characteristics of diffuser/nozzle based piezoelectric micropumps. The micropumps include a piezo disk (an actuator), a chamber and a set of diffuser and nozzle. Flow in the current micropumps is controlled by a set of diffuser and nozzle, not by a nap valve. The diffuser/nozzle based micropumps are more reliable in operation and are easier in manufacturing than the flap valve based micropumps. The flow rates of the piezoelectric micropumps have been closely analyzed with a numerical calculation. It has been found that the positions of the inlet and outlet of the micropump can influence the performance of the diffuser/nozzle based piezoelectric micropumps. This study may provide fundamental understanding for the design and analysis of the piezoelectric micropumps.