• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.34 no.1
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• pp.61-66
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• 2010

In our previous work, 3-dimensional hydrodynamic focusing microfluidic device (3D-HFMD) has been developed with the help of locally increased aspect ratio of thickness to width without any horizontal separation wall. In this study, we have investigated 3-dimensional hydrodynamic focusing behaviors inside the 3D-HFMD according to the various geometric and flow conditions. The parametric study has been extensively carried out for the effects of geometric and flow conditions on 3-dimensional hydrodynamic focusing with both 3D-HFMD and previous microfluidic device design based on three-dimensional computational fluid dynamics (CFD) simulations. The CFD simulations suggested the proper design window of channel geometry and flow conditions.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.34 no.7
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• pp.671-677
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• 2010

In the present study, we designed a microfluidic platform for generating monodisperse droplets with diameters ranging from hundreds of nanometers to several micrometers. To generate fine droplets, T-junction and flow-focusing geometry are integrated into the microfluidic channel. Relatively large aqueous droplets are generated at the upstream T-junction and transported to the flow-focusing geometry, where each droplet is broken into smaller droplets of the desired size by the action of pressure and viscous stress. In this configuration, the flow rate of the inner fluid can be made very low, and the ratio of the inner- and outer-fluid flow rates in the flow-focusing region can be made very high. It has been shown that the present microfluidic device can generate droplets with diameters of approximately $1\;{\mu}m$ (standard deviation: <3%).

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2016.02a
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• pp.241-241
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• 2016

반도체 선폭이 20 nm급까지 감소함에 따라 기존에 수율에 문제를 끼치던 공정 외부 유입 입자뿐만 아니라, 공정 도중에 발생하는 수~수십 나노의 작은 입자도 수율에 악영향을 끼치게 되었다. 이에 따라 저압, 극청정 조건에서 진행되는 공정 중 발생하는 입자를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 장비에 대한 수요가 발생하고 있다. Particle beam mass spectrometer (PBMS)는 이러한 요구사항을 만족할 수 있는 장비로 100 mtorr의 공정 조건에서 5 nm 이상의 입자의 직경별 수농도를 측정할 수 있는 장비이다. PBMS로 입자의 수농도를 측정하기 위해서는 PBMS 전단에서 입자를 중앙으로 집속할 필요가 있다. 공기역학렌즈는 PBMS 전단에서 입자를 집속시키기 위해 일반적으로 널리 사용되고 있는 장비로 여러 개의 오리피스로 이루어져 있다. 공기역학렌즈를 지나는 수송 유체와 입자는 이러한 연속 오리피스를 거치면서 팽창과 수축을 반복하며, 관성력의 차이로 인해 입자가 중앙으로 집속된다. 그러나 기존 공기역학렌즈는 고정된 직경의 오리피스를 사용하기 때문에 설계된 공정조건 이외에는 입자의 집속효율이 감소한다는 단점을 지닌다. 따라서 공정조건이 바뀔 경우 공기역학렌즈를 교체해야 되며, 진공이라는 환경하에서 이러한 교체는 많은 시간과 노력을 요구로 한다. 본 연구에서는 이러한 공기역학렌즈의 문제점을 해결하기 위해 다양한 공정조건에서 교체 없이 사용할 수 있는 새로운 형태의 직경 가변형 공기역학렌즈인 조리개형 공기역학렌즈를 제안하였다. 기존 연구를 통해 조리개형 공기 역학 렌즈가 다양한 압력 범위 내에서 나노입자를 성공적으로 집속할 수 있음을 보였지만, 장비를 상용화하기 위해서는 사용자가 좀 더 쉽게 렌즈직경을 결정 할 수 있어야 한다. 이에 본 연구에서는 조리개형 렌즈의 중공 직경에 따른 입자 집속 특성을 평가하였으며, 최종적으로 압력과 집속하고자 하는 직경에 따라 렌즈 중공 직경을 결정할 수 있게 해주는 데이터 베이스를 제작하였다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.30 no.7 s.250
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• pp.612-621
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• 2006

Drawing is a mechanical operation attenuating material thickness to an appropriate level for the next processing or end usage. When the input material has a form of bundle or bundles made of very thin and long shaped wires or fibers, this attenuation operation is called 'bundle drawing' or 'drafting'. Bundle drawing is being used widely in manufacturing micro sized wires or staple yarns. However, the bundle processed by this operation has more or less defects in the evenness of linear density. Such irregularities cause many problems not only for the product quality but also for the efficiency of the next successive processes. In this research a mathematical model for the dynamic behavior of the bundle fluid is to be set up on the basis of general physical laws containing physical variables, i.e. linear density and velocity as the dynamic state variables of the bundle fluid. The governing equations resulting from the modeling show that they appear in a slightly different form from what they do in a continuum fluid. Then, the governing equations system is simplified in a steady state and the bundle dynamics is simulated, showing that the shape of the velocity profiles depends on two model parameters. Experiments confirm that the model parameters are to be well adjusted to show a coincidence with the theoretical analysis. The higher the drawing ratio and drawing speed we, the more sensitive becomes the bundle flow to exogenous disturbances.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2014.02a
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• pp.279.2-279.2
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• 2014

반도체 선폭이 20 nm급까지 감소함에 따라 기존에 수율에 문제를 끼치던 공정 외부 유입 입자뿐만 아니라, 공정 도중에 발생하는 수~수십 나노의 작은 입자도 수율에 악영향을 끼치게 되었다. 이에 따라 저압, 극청정 조건에서 진행되는 공정 중 발생하는 입자를 실시간으로 모니터링 할 수 있는 장비에 대한 수요가 발생하고 있다. Particle beam mass spectrometer (PBMS)는 이러한 요구사항을 만족할 수 있는 장비로 100 mtorr의 공정 조건에서 5 nm 이상의 입자의 직경별 수농도를 측정할 수 있는 장비이다. PBMS로 입자의 수농도를 측정하기 위해서는 PBMS 전단에서 입자를 중앙으로 집속할 필요가 있다. 공기역학렌즈는 PBMS 전단에서 입자를 집속시키기 위해 일반적으로 널리 사용되고 있는 장비로 여러 개의 오리피스로 이루어져 있다. 공기역학렌즈를 지나는 수송 유체와 입자는 이러한 연속 오리피스를 거치면서 팽창과 수축을 반복하며, 관성력의 차이로 인해 입자가 중앙으로 집속된다. 그러나 기존 공기역학렌즈는 고정된 직경의 오리피스를 사용하기 때문에 설계된 공정조건 이외에는 입자의 집속효율이 감소한다는 단점을 지닌다. 따라서 공정조건이 바뀔 경우 공기역학렌즈를 교체해야 되며, 진공이라는 환경하에서 이러한 교체는 많은 시간과 노력을 요구로 한다. 본 연구에서는 이러한 공기역학렌즈의 문제점을 해결하기 위해 다양한 공정조건에서 교체 없이 사용할 수 있는 새로운 형태의 공기역학렌즈인 조기래형 공기역학렌즈를 제안하였다. 각각의 오리피스가 중공의 직경을 변경할 수 있는 구조인 조리개의 형태로 설계되어 있어, 공정조건에 따라 중공의 직경을 변경함으로써 입자의 집속을 결정하는 요소인 Stokes number를 조절 할 수 있다. 이러한 조리개형 공기 역학 렌즈의 성능을 평가하기 위해 수치해석적인 방법을 이용하였다. 공기 역학 렌즈 전단의 압력을 0.1~10 torr까지 변화시켜가며 다양한 공정조건에서 오리피스의 직경만을 변경하여 입자 집속 가능 여부를 판단하였으며, 조리개 형태의 구조상 발생할 수 있는 leak로 인한 입자 집속 효율의 변화도 평가하였다.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2008.11b
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• pp.2688-2691
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• 2008

This study addresses a microfluidic method to uniformly form diacetylene (DA) liposomes and control their size. DA liposomes are biochemical sensor materials with a unique property such that when they are polymerized to polydiacetylene (PDA) they exhibit non-fluorescent blue to fluorescent red phase transition upon chemical or thermal stress. The liposome size and distribution are important because they significantly affect the phase transition. So far, DA Liposomes, have been prepared by mixing of bulk phases leading to heterogeneous, polydisperse distribution in size. Therefore, additional post-processes are required such as sonication or membrane extrusion to obtain an appropriate size of liposomes. Here, we report a novel strategy using a microfluidic chip and hydrodynamic focusing to form DA liposomes and control their size. Preliminary results obtained by scanning electron microscope (SEM) and dynamic light scattering (DLS) show that the microfluidic strategy generates more monodispersed liposomes than a bulk method.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2005.11a
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• pp.58.2-58.2
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• 2005

• Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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• 2013.05a
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• pp.575-576
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• 2013

• The Journal of the Acoustical Society of Korea
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• v.36 no.3
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• pp.165-171
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• 2017

The effect of the concentric solid tube inserted inside the vibrator on the sound field distribution was analyzed for the sound waves focused on the center axis in the fluid - filled cylindrical piezoelectric transducer. The sound waves radiated from the inside of the cylindrical piezoelectric vibrator are transmitted through the fluid medium and are reflected or transmitted on the wall surface of the solid tube, and are focused on the central axis. At this time, the sound field distribution centered on the acoustic tube varies depending on the acoustic impedance and the thickness of the solid tube. In order to theoretically analyze this, the transfer matrix for each medium is derived, and the sound pressure level at the center axis is theoretically analyzed. For the acrylic tube with various thicknesses, the changing trend in the sound pressure level measured on the central axis agrees well with the result of the theoretical analysis, and it confirmed that the sound pressure formed at the center changes very sensitively with the thickness of the solid tube.

• Proceedings of the KSME Conference
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• 2008.11b
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• pp.2692-2695
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• 2008

Polydiacetylene (PDA) is chemosensor materials that exhibit non-fluorescent-to-fluorescent transition as well as blue-to-red visible color change upon chemical or thermal stress. They have been studied in forms of film or microarray chip, so far. In this paper, we provide a novel technique to fabricate continuous micro-fiber PDA sensor using in-situ laser-polymerization technique and 3-D hydrodynamic focusing on a microfluidic chip. The flow of a monomer solution with diacetylene (DA) monomer is focused by a sheath flow on a 3-D microfluidic chip. The focused flow is exposed to 365 nm UV laser beam for in-situ polymerization which generates a continuous fiber containing DA monomers. Then, the fiber is exposed to 254 nm UV light to polymerize DA monomers to PDA. Preliminary results indicate that the fiber size can be controlled by the flow rates of the monomer solution and sheath flows and that a PDA sensor fiber successively responds to chemical and thermal stress.