A coffee-ring effect is from capillary flow by different evaporation rate across the droplet. The capillary flow tends particles to accumulate at the edges of the droplet and makes the ring-shaped stain pattern. These coffee-ring formation and suppression of coffee-ring have been a critical role in printing and coating technologies. In this study, we present the experimental study on coffee-ring effect of silver nanowire inside the evaporating sessile droplet. Size and concentration effect of nanowires at coffee-ring effect has been investigated. From the coffee-ring, we observed the regimes of connected rings and disconnected ones and measure the resistivity of single ring pattern with different nanowire length.
Dichloromethane liquid droplets containing a cobalt dipyrromethene trimer deposited on a graphite surface were found to form coffee ring, toroid ring, or volcano dot structures due to the redistribution of the solute during solvent evaporation. The shapes and size distributions of the ring structures depended on the drying temperature. The shape differences were attributed to the fact that the solvent evaporation rate controlled the self-assembly process that yielded the coffee stain and pinhole structures.
We have investigated the impact of coffee ring effect on the inkjet-printed $Al_2O_3$ thick films. In a single solvent system such as Dimethylformamide, the coffee-ring-pattern has appeared on the edge of sessile drop after evaporation. The peak-to-valley height difference in $Al_2O_3$ coffee ring is over 2um. This non-uniform deposition of $Al_2O_3$ over the surface leads to sever surface roughness of the inkjet-printed films. However, we have manipulated our printing parameters to improve the surface roughness and the packing density of the printed $Al_2O_3$ films. Our inkjet-printed $Al_2O_3$ films show 10 times smoother surface than the initially printed sample's surface. Also the packing density of the printed Ah03 film becomes 70% of high packed $Al_2O_3$. In this presentation, we would like to present the key process parameters of the inkjet printing process to overcome the genetic coffee ring problem.
Inkjet technology have many merits in plenty of industrial applications. However, deposited droplet has a very critical issue that is coffee ring effect, for the application to an industrial manufacturing process. To remove the coffee ring effect, the effect of thermal treatment conditions on shapes of inkjet printed silver patterns were investigated in various surface condition. The surface changes were characterized by the contact angle measurement. Droplets from a 50 ${\mu}m$ nozzle were printed on the substrate after optimizing the ejection of individual droplets. Ink with a high boiling point of main solvent results in coffee ring effect. This result implies that the dominant factor that determines the shape of droplet is the drying conditions of main solvent of silver nanoparticle colloidal ink. As a results, selecting a proper thermal treatment conditions is very crucial for better shapes of inkjet printed silver nanoparticle colloidal patterns.
Inkjet technology has various merits as a direct patterning process in plenty of industrial applications, but critical issue such as coffee ring effect should be overcome for the application to an industrial manufacturing process. In this paper, we introduced the morphological analysis of inkjet printed pattrerns on the characristics of inks and substrates. In case of Triethlene Glycol Monoethly Ether based ink, the coffee ring effect was observed. However, an ethanol based ink showed the round shaped morphology under the same printing conditions and surface conditions. An ink consisted of the solvent with high boiling point results in coffee ring effect. This experimental results showed that the morphological change of the printed droplet is caused by the main solvent of ink, rather than the metal content, viscosity and surface tension.
최근 커피시장의 고속 성장과 더불어 커피 포장용 가스배출 밸브(Degassing valve)의 수요도 급격히 증가하고 있다. 가스배출 밸브 주요 제조사(Big maker)로 Goglio사(이탈리아), Bosch사(독일) 및 Wipf사(스위스)가 있는데, 이들이 전세계 가스배출 밸브 포장재 소비량의 80%이상을 공급하고 있다. 국내시장 역시 대부분 수입에 의존하고 있어 수입 대체와 국내 포장산업 활성화를 위해 기술적 차별화와 동시에 선진기업 수준의 품질 성능을 갖춘 가스배출 밸브의 개발이 필요하였다. 따라서, 본 연구에서는 링타입 고무막을 적용하여 중앙 개폐형 가스배출 밸브(SP 밸브)를 개발하였으며, 실험을 통해 열림압력 820~1200 Pa, 닫힘압력 10~50 Pa, 가스 유동율 1.2~1.6 L/min로 Goglio 밸브와 대등한 수준의 품질 성능을 확인할 수 있었다. 또한, 식품용 기구 및 용기 포장 공전에 따른 밸브의 식품용기 품질 적합성을 확인하였으며, 향후 커피 포장용 밸브의 국내외 시장 점유율 확대와 함께 국내 발효식품 포장에 적용함으로써 한식 세계화에 기여할 것으로 기대된다.
Two different micro-flows during the evaporation of ink droplets were achieved by engineering both surface tension gradient and compositional gradient across the ink droplet: (1) Coffee-ring generating flow resulting from the outward flow inside the ink droplet & (2) Marangoni flow leading to the circulation flow inside the ink droplet. The surface tension gradient and the compositional gradient in the ink droplets were tailored by mixing two different solvents with difference surface tension and boiling point. In order to create the coffee-ring generating flow (outward flow), a single-solvent system using N,N-dimethylformamide with nano-sized spherical alumina particles was formulated, Marangoni flow (circulation flow) was created in the ink droplets by combining N,N-dimethylformamide and fotmamide with the spherical alumina powders as a co-solvent ink system. We have investigated the effect of these two different flows on the formation of ceramic films by inkjet printing method, The packing density of the ceramic films printed with two different ink systems (single- and co-solvent systems) and their surface roughness were characterized. The dielectric properties of these inkjet-printed ceramic films such as dielectric constant and dissipation factor were also studied in order to evaluate the feasibility of their application to the electronic ceramic package substrate.
주로 커피포장에 사용되던 포장용 One-way 가스배출밸브(아로마 밸브)가 최근 발효건강기능식품이나 전자렌지 조리용 즉석식품 포장 등 다양한 영역으로 적용이 확대되고 있다. 포장 식품의 효과적인 신선도 유지와 보존성 향상을 위해서는 대상 식품에 따른 최적의 가스배출 압력을 유지하는 것이 중요하며, 이를 위해 다양한 개방압력(Open Pressure)을 가진 밸브를 개발할 필요가 있다. 본 연구에서는 국내에서 개발된 링타입 고무막을 이용한 식품 포장용 가스배출 밸브(Degassing Valve)에 대하여 오일의 표면장력, 고무막의 재질특성 및 구조 역학적 특성을 분석하여 개방압력 예측이 가능하도록 수학적 분석 모델을 개발하였다. 직관적으로 보면 오일의 점도가 밸브의 개방압력에 영향을 미칠 것으로 예상되지만, 이론상으로 점도는 유체 내부의 요인에 의한 특성이고, 표면장력은 서로 다른 상태의 계면에서 발생되는 특성이므로 점도와 표면장력은 서로 무관하다. 이에 대해 본 연구의 실험을 통해 오일의 점도가 표면장력과는 무관하고 결과적으로 밸브의 개방압력과도 무관함을 확인할 수 있었으며, 수학적 모델에 의한 이론값이 재료의 실험값과 유사한 경향의 결과를 확인함으로써 제안한 수학적 모델의 유효성을 확인할 수 있었다. 따라서, 이 모델을 통해 포장용 가스 배출 밸브의 압력 설계 및 품질 신뢰성 확보를 위한 유용한 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
The presented study aims to investigate the colloidal droplet deposition caused by evaporation of the liquid. In the numerical analysis, the evaporation is carried out by using different evaporation function intended to obtain different shape of solute deposition. In the experiment, the colloidal droplets of different solvents are placed on a glass plate and the surface profiles are measured after drying the solvents of the droplets to investigate the effect of the solvent evaporation on the final deposition profile. Comparing the surface profiles obtained under different conditions, the optimum drying conditions of colloidal droplets are, determined to obtain uniform surface profiles. The numerical results showed that ring-shaped deposition of solute was formed at the edge of the droplet due to the coffee stain effect and the height of the ring was reduced at the lower evaporation rate. The experiments showed that the boiling point of a solvent was critical to the surface uniformity of the deposition profile and the mixture of solvents with different boiling points influenced the uniformity as well.
$BaTiO_3$ has high permittivity so that has been applied to dielectric and insulator materials in 3D system-level package integration. In order to achieve excellent performance of device, the $BaTiO_3$ layer should be highly dense. In this study, $BaTiO_3$ thick films were prepared by the inkjet printing method using 4 vol.% $BaTiO_3$ colloidal inks and cured at $28^{\circ}C$ for 5 h after infiltration of polymer resin for non-sintered process using 3 vol.% cyanate ester emulsion ink. From the obtained results. packing density was determined to be improved by overlapping rabbit ears which were generated by coffee ring effect. We also calculated the packing densities of the films and correlated these packing densities to the measured permittivity of the films.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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