친수성/소수성 복합표면상에서 초기 구형 액적의 이송 메커니즘

국문 초록 (Abstract)

유체이송 기술은 마이크로 유체시스템 개발에서 핵심문제로 인식되고 있다. 최근 명(2014)은 외부동력을 사용하지 않고 액적을 이동시킬 수 있는 새로운 개념을 제안하고, 초기에 반원통형 형상을 가지는 가상의 2차원 액적에 대한 수치해석을 통해 이 개념이 성립함을 보였다. 또한 명과 권(2015)은 친수성/소수성 표면위에서 초기 3차원 반구 형상의 실제 물 액적이송의 메커니즘을 시간에 따른 액적형상과 액적 내부의 운동에너지, 중력에너지, 표면자유에너지 및 압력에너지의 수치해석 결과를 통해 규명하였다. 본 연구는 새로운 개념을 확립시키기 위해 초기 구형액적에 대한 3차원 수치해석을 수행하고, 액적이송의 메커니즘을 모세관력 힘의 불균형 관점에서 액적 형상과 다양한 에너지의 수치해석 결과를 통해 규명하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Fluid transport is a key issue in the development of microfluidic systems. Recently, Myong (2014) has proposed a new concept for droplet transport without external power sources, and numerically validated the results for a hypothetical 2D shape, initially having a hemicylindrical droplet shape. Myong and Kwon (2015) have also examined the transport mechanism for an actual water droplet, initially having a 3D hemispherical shape, on a horizontal hydrophilic/ hydrophobic surface, based on the numerical results of the time evolution of the droplet shape, as well as the total kinetic, gravitational, pressure and surface free energies inside the droplet. In this study, a 3D numerical analysis of an initially spherical droplet is carried out to establish a new concept for droplet transport. Further, the transport mechanism of an actual water droplet is examined in detail from the viewpoint of the capillarity force imbalance through the numerical results of droplet shape and various energies inside the droplet.

목차 (Table of Contents)

• 초록
• Abstract
• 1. 서론
• 2. 해석대상 및 액적이송 메커니즘
• 3. 수치해석 방법
• 4. 해석결과 및 고찰
• 5. 결론
• 참고문헌 (References)

참고문헌 (Reference)

1 명현국, "친수성/소수성 표면상에서 초기 반구형 액적의 움직임에 관한 수치해석" 대한기계학회 39 (39): 405-414, 2015

2 명현국, "친수성/소수성 수평 표면상에서의 액적이송에 관한 새로운 개념" 대한기계학회 38 (38): 263-270, 2014

3 명현국, "친수성/소수성 수평 표면상에서의 액적이송 메커니즘" 대한기계학회 38 (38): 513-523, 2014

4 명현국, "자유표면유동 해석을 위한 비정렬격자계에 적합한 경계면포착법 연구" 한국전산유체공학회 11 (11): 14-19, 2006

5 명현국, "비정렬격자계와 체적포착법을 사용한 표면장력이 지배적인 다상유동 수치해석" 대한기계학회 35 (35): 723-733, 2011

6 명현국, "벽면부착에 의해 야기되는 다상유동에 관한 수치적 연구" 대한기계학회 36 (36): 721-730, 2012

7 명현국, "다양한 조건하에서 모세관력 불균형에 의해 구동되는 수평 표면 위의 액적 거동" 대한기계학회 39 (39): 359-370, 2015

8 Chandesris, B., "Uphill Motion of Droplets on Tilted and Vertical Grooved Substrates Induced by a Wettability Gradient" 434 : 126-135, 2013

9 Lee, J. S., "Study of Transporting of Droplets on Heterogeneous Surface Structure using the Lattice Boltzmann Approach" 1 (1): 104-113, 2014

10 Ubbink, O., "Numerical Prediction of Two Fluid Systems with Sharp Interface" University of London 1997

11 Mettu, S., "Motion of Drops on a Surface Induced by Thermal Gradient and Vibration" 24 (24): 10833-10837, 2008

12 Schiaffino, S., "Molten Droplet Deposition and Solidification at Low Weber Numbers" 9 (9): 3172-3187, 1997

13 Banerjee, A. N., "High-Speed Droplet Actuation on Single-Plate Electrode Arrays" 362 (362): 567-574, 2011

14 Zhu, X., "Experiments and Analysis on Self-motion Behaviors of Liquid Droplets on Gradient Surfaces" 33 (33): 947-954, 2009

15 Yang, J. T., "Droplet Manipulation on a Hydrophobic Textured Surface with Roughened Patterns" 15 (15): 697-707, 2006

16 Kooij, E. S., "Directional Wetting on Chemically Patterned Substrates" 413 : 328-333, 2012

17 Mohseni, K., "Behaviour of a Moving Droplet under Electrowetting Actuation: Numerical Simulation" 84 (84): 17-21, 2006

18 Brackbill, J. U., "A Continuum Method for Modeling Surface Tension" 100 : 335-354, 1992