Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.18
no.4
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pp.369-374
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2009
In micro/nano-scale contacts in MEMS and NEMS, capillary and van der Waals forces generated around contacting micro-asperities significantly influence the performance of concerning device as they are closely related to adhesion and stiction of interacting surfaces. In this regard, it is of prime importance to accurately estimate the magnitude of surface forces so that an optimal solution for reducing friction and adhesion of micro/nano-surfaces may be obtained We introduced an effective method to calculate these surface forces based on topography information obtained from an atomic force microscope. This method was used to calculate surface forces generated in the contact interface formed between diamond-like carbon coating and $Si_3N_4$ ball. This method is shown to effectively demonstrate the influence of capillary force in the contact area, especially in humid atmosphere.
A radar scattering model is developed based on an empirical rough surface scattering model, the radiative transfer model (RTM), a numerical simulation algorithm of radar scattering from particles, and experimental data obtained by ground-based scatterometers and SAR systems. At first, the scattering matrices of scattering particles such as a leaf, a branch, and a trunk, have been modeled using the physical optics (PO) model and the numerical full-wave analysis. Then, radar scattering from a group of mixed particles has been modeled using the RTM, which leads to a general scattering model for earth surfaces. Finally, the scattering model has been verified with the experimental data obtained by scatterometers and SAR systems.
In this study, the hydrophobicity properties for riblet surfaces that replicate shark skin are simulated. Riblet surfaces with surface roughness on riblets are generated numerically based on the measured data of real shark skin. We assumed that a rib on a scale is hemi-elliptical surface. The surface used in the simulation for the calculation of contact angle is composed of 9 scales like checkerboard type with a roughness. The contact angle of a water droplet can be calculated using the Wenzel equation and Cassie-Baxter equation for the generated riblet surfaces. The variation of contact angles with a fractional depth of penetration for the generated shark skin surfaces without and with coatings is demonstrated in the condition of solid-air-water. The results show that the contact angle for the surface without coating decreases with an increase of the fractional depth of penetration more drastically than that for the surface with coating. We compared the experimental and simulated results. It is shown that the measured contact angles of the shark skin template and the shark skin replica are within the simulated results. Therefore the contact angle of water droplet for rough surfaces can be estimated by the developed numerical method in this study.
This paper presents a numerical simulation of the radar backscattering from oil spills on ocean surface. At first, a one-dimensionally rough sea surface is numerically generated for a given wind speed at HEBEI SPIRIT accident. Then, an oil-spilled sea surface is represented with a two-layered medium, which is generated by adding a thin low-dielectric oil layer on the randomly-rough highdielectric sea surface. The backscattering coefficients of various oil-spilled sea surfaces are obtained using the Method of Moments and Monte Carlo technique for various surface roughness, oil-layer thicknesses, frequencies, polarizations and incidence angles. The numerical method is verified with theoretical models for simple structures. The reduction of the backscattering coefficients due to the lowdielectric oil-layers on sea surfaces has been analyzed. These numerical results will help to detect any oil spills on sea surfaces, and consequently, to classify SAR images.
In this study, we investigated the dynamics of a droplet impacting rough hydrophobic surfaces through high-speed imaging. Micrometer-sized structures with grooves and pillars were fabricated on smooth Polydimethylsiloxane (PDMS) surfaces by laser ablation. We used Newtonian and non-Newtonian liquid droplets to study the drop impact dynamics. De-ionized water and aqueous glycerin solutions were used for the Newtonian liquid droplet. The solutions of xanthan gum in water were prepared to provide elastic property to the Newtonian droplet. We found that the orientation of the surface structures affected the maximal spreading diameter of the droplet due to the degree of slippage. During the droplet retraction, the dynamic receding contact angles were measured to be around 90° or less. It resulted in the formation of the micro-capillary bridges between the receding droplet and the surface structures. Then, the rupture of the capillary bridge led to the formation of micrometer-sized droplets on top of the surface structures. The size of the microdroplets was found to increase with increasing the impacting velocity and viscosity of the Newtonian liquid droplets. However, the size of the isolated microdroplets decreased with enhancing the elasticity of the droplets, and the size of the non-Newtonian microdroplets was not affected by the impacting velocity.
PURPOSE. In this study, the aim of this study was to evaluate the effect of implant surface treatment on cell differentiation of osteoblast cells. For this purpose, three surfaces were compared: (1) a modified SLA (MSLA: sand-blasted with large grit, acid-etched, and immersed in 0.9% NaCl), (2) a laser treatment (LT: laser treatment) titanium surface and (3) a laser and acid-treated (LAT: laser treatment, acid-etched) titanium surface. MATERIALS AND METHODS. The MSLA surfaces were considered as the control group, and LT and LAT surfaces as test groups. Alkaline phosphatase expression (ALP) was used to quantify osteoblastic differentiation of MC3T3-E1 cell. Surface roughness was evaluated by a contact profilometer (URFPAK-SV; Mitutoyo, Kawasaki, Japan) and characterized by two parameters: mean roughness (Ra) and maximum peak-to-valley height (Rt). RESULTS. Scanning electron microscope revealed that MSLA (control group) surface was not as rough as LT, LAT surface (test groups). Alkaline phosphatase expression, the measure of osteoblastic differentiation, and total ALP expression by surface-adherent cells were found to be highest at 21 days for all three surfaces tested (P<.05). Furthermore, ALP expression levels of MSLA and LAT surfaces were significantly higher than expression levels of LT surface-adherent cells at 7, 14, and 21 days, respectively (P<.05). However, ALP expression levels between MSLA and LAT surface were equal at 7, 14, and 21 days (P>.05). CONCLUSION. This study suggested that MSLA and LAT surfaces exhibited more favorable environment for osteoblast differentiation when compared with LT surface, the results that are important for implant surface modification studies.
Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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2011.02a
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pp.310-310
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2011
Morphological evolution of amorphous carbon film is investigated by molecular dynamics simulation. Here, energetic carbon atoms (75 eV) are deposited on the diamond (001) substrate to find effect of incidence angles. At normal and near-normal incidences ($0^{\circ}{\sim}30^{\circ}$) atomically smooth surfaces are observed during their growth. However, rough surfaces emerge and develop into a ripple structure at grazing incidences ($60^{\circ}{\sim}70^{\circ}$). The different growth modes according to the incidence angles can be described by impact-induced displacements of atoms. Downhill transport along any sloped surfaces is predominant for the case of normal incidence. As the incidence angles become grazing, uphill transport is allowed along the surfaces, which have smaller slopes than incidence angle, so the surface features can be amplified. Impact-induced transport and self-shadowing effect can be responsible to the initial growth of seeding structures at a grazing incidence, which would be grown up as tilted columnar structures in further depositions.
Radioactive corrosion product specimens were analyzed using an electron probe microanalyzer (EPMA) and X-ray image mapping. It is difficult to analyze the composition of radioactive corrosion products using an EPMA due to the size and rough shape of the surfaces. It is particularly challenging to analyze the composition of radioactive corrosion products in the form of piled up, small grains. However, useful results can be derived by applying a semi-quantitative analysis method using an EPMA with X-ray images. A standard-less, semi-quantitative method for wavelength dispersive spectrometry. EPMA analysis was developed with the objective of simplifying the analytical procedure required. In this study, we verified the reasonable theory of semi-quantitative analysis and observed the semi-quantitative results using a sample with a good surface condition. Based on the validated results, we analyzed highly rough-surface radioactive corrosion products and assessed their composition. Finally, the usefulness of the semi-quantitative analysis was reviewed by verifying the results of the analysis of radioactive corrosion products collected from spent nuclear fuel rods.
This study examined the effects of surface roughness in the mixed lubrication regime of smooth and rough surfaces for roller bearings. The average flow model was adopted for interaction between the flow rheology of the lubricant and the surface roughness. The average Reynolds equation and related flow factor that describes the coupled effects of surface roughness and flow rheology, the viscosity-pressure and density-pressure equations, the elastic deformation equation, and the force balance equation were solved simultaneously. The results showed that the effects of surface roughness on the film thickness and pressure distribution should be considered, especially in elastohydrodynamic lubrication contact problems.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.13
no.9
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pp.156-164
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1996
Tool interference is one of the most critical problems in machining die cavities and punches. When machining concave or convex regions of cavities with large radius tool in rough cutting, the tool easily overcuts or undercuts the portions of the surface, which result in machining inaccuracy. So the generation of interference-free tool path must be required for more efficient rough cutting. In this paper, we present a method for modeling die cavities which consist of simple surface or analytic compoyund surfaces and present an algorithm for checking and removing the tool interference occurred in machining the die cavities. Using these algorithms, we can represent a die cavity, and check the interfer- ence regions, and then remove these interferences. Especially we focus on the side interference in the sides of analytic elements and base surface boundary.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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