The hexagonal network-type PDMS microstructures were fabricated and they were employed to low-friction drag surfaces. While the lowest contact angle measured from the smooth surface was $108^{\circ}$ the highest contact angle measured from the microstructured surfaces was $145^{\circ}$ The moving speed of bullet-type capsule attached with a PDMS pad of smooth surface ($CA=108^{\circ}$) was 0.1261 m/s and that with a PDMS pad of microstructured surface ($CA=145^{\circ}$) was 0.1464 m/s. Compared with the smooth surface, the microstructured surface showed 16.1% higher moving speed. The network-type microstructures have a composite surface that is composed with air and PDMS solid. Therefore, the surface does not wet: rather water is lifted by the microstructures. Because of the composite surface, water shows slip-flow on the microstructures, and thus friction drag can be reduced.
In the present study replication of microstructured surfaces by microinjection molding was carried out. For a fabrication of mold inserts, nickel microstructures having various characteristic dimensions were fabricated by nickel electroforming onto Si mother microstructures. In addition, reverse nickel microstructures based on the electroformed nickel microstructures were successfully realized by electroforming with passivation process. The fabricated nickel microstructures were used as mold inserts for a replication of microstructured surfaces by microinjection molding. Microinjection molding experiment was carried out under three different processing conditions, which revealed effects of a packing stage and mold wall temperature. The microinjection-molded microstructured surfaces were characterized by using an atomic force microscope (AFM). It was found that mold wall temperature could enhance replication quality resulting in the precise microstructured surfaces.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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제9권3호
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pp.27-32
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2008
This paper describes a contact atomic force microscope (AFM) that can be used for high-speed precision measurements of microstructured surfaces. The AFM is composed of an air-bearing X stage, an air-bearing spindle with the axis of rotation in the Z direction, and an AFM probe unit. The traversing distance and maximum speed of the X stage are 300 mm and 400 mm/s, respectively. The spindle has the ability to hold a sample in a vacuum chuck with a maximum diameter of 130 mm and has a maximum rotation speed of 300 rpm. The bandwidth of the AFM probe unit in an open loop control circuit is more than 40 kHz. To achieve precision measurements of microstructured surfaces with slopes, a scanning strategy combining constant height measurements with a slope compensation technique is proposed. In this scanning strategy, the Z direction PZT actuator of the AFM probe unit is employed to compensate for the slope of the sample surface while the microstructures are scanned by the AFM probe at a constant height. The precision of such a scanning strategy is demonstrated by obtaining profile measurements of a microstructure surface at a series of scanning speeds ranging from 0.1 to 20.0 mm/s.
Currently, various optical fiber tips are used to deliver laser beam for endoscopic surgery. In this paper, we demonstrated multidirectional (forward and side) firing optical fiber tip using a femtosecond micromachining and $CO_2$ laser polishing technology. We controlled the edge width of optical fiber tip, by modulating the condition of $CO_2$ laser, to regulate the amount of side and forward emission. The distal end of the optical fiber with core/clad diameter of $400/440{\mu}m$ was microstructured with cone shape by using a femtosecond laser. And then the microstructured optical fiber tip was polished by $CO_2$ laser beam result in smoothing and specular reflection at the surface of the cone structure. Finally, we operated the LightTools simulation and good agreement was generally found between the proposed model and experimental simulation.
사각공동 및 채널이 형성된 마이크로구조 표면을 활용하여 수조비등 임계열유속에 대한 중력 및 모세관 압력의 영향에 대해 연구하였다. 마이크로 공동구조는 모세관 압력에 의한 액체유동을 억제하는 역할을 하였고, 마이크로 채널구조는 비등표면으로의 1차원적인 액체유동을 유발하는데 기여하였다. 이를 통해 임계열유속과 모세관 유동의 상관관계를 정량화할 수 있었다. 비등표면으로의 액체공급을 위한 원동력은 중력수두 및 모세관 압력에 의해 유발될 수 있다. 본 연구에서는 수조비등 실험 및 가시화 데이터의 분석을 통해 수조비등 표면에서의 핵비등을 유지할 수 있는 액체공급은 중력 수두 및 모세관 압력과 밀접한 상관관계를 가지고 있음을 확인할 수 있었다.
열전달 향상을 위한 방법으로 많이 사용되고 있는 마이크로 핀을 포함한 표면 위에서의 핵비등을 액상과 기상에서 질량 및 운동량, 에너지에 대한 지배 방정식을 풀어 수치해석을 수행하였다. 핵비등에서의 기포거동을 계산하기 위해 sharp-interface 레벨셋(level-set) 방법을 상변화 효과와 핀과 캐비티와 같은 잠긴 고체에서의 점착 조건 및 접촉각, 마이크로 액체층에서의 증발 열유속을 포함하도록 수정하였다. 핀과 캐비티를 포함한 표면에서의 기포 생성, 성장, 이탈에 대한 해석을 통하여 핀-캐비티 배열, 핀-핀 간격이 핵비등에서의 기포거동에 중요한 역할을 하는 것을 확인하였다.
Deactivation of porous photocatalytic materials was studied using three types of microstructured particles: macroporous titania particles, titania microspheres, and porous silica microspheres containing CNTs and $TiO_2$ nanoparticles. All particles were synthesized by emulsion-assisted self-assembly using micron-sized droplets as micro-reactors. During repeated cycles of the photocatalytic decomposition reaction, the non-dimensionalized initial rate constants (a) were estimated as a function of UV irradiation time (t) from experimental kinetics data, and the results were plotted for a regression according to the exponentially decaying equation, $a=a_0\;{\exp}(-k_dt)$. The retardation constant ($k_d$) was then compared for macroporous titania microparticles with different pore diameters to examine the effect of pore size on photocatalytic deactivation. Nonporous or larger macropores resulted in smaller values of the deactivation constant, indicating that the adsorption of organic materials during the photocatalytic decomposition reaction hinders the generation of active radicals from the titania surface. A similar approach was adopted to evaluate the activation constant of porous silica particles containing CNT and $TiO_2$ nanoparticles to compare the deactivation during recycling of the photocatalyst. As the amount of CNTs increased, the deactivation constant decreased, indicating that the conductive CNTs enhanced the generation of active radicals in the aqueous medium during photocatalytic oxidation.
To move forward in large steps rather than in small increments, the community would benefit from a systematic and comprehensive database of multi-scale composites and measured properties, driven by comprehensive studies with a full range of types of fiber-reinforced polymers. The multi-scale hierarchy is a promising chemical approach that provides superior performance in synergistically integrated microstructured fibers and nanostructured materials in composite applications. Achieving high-efficiency thermal conductivity and mechanical properties with a simple surface treatment on single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) is important for multi-scale composites. The main purpose of the project is to introduce ozone-treated SWCNTs between an epoxy matrix and basalt fibers to improve mechanical properties and thermal conductivity by enhancing dispersion and interfacial adhesion. The obvious advantage of this approach is that it is much more effective than the conventional approach at improving the thermal conductivity and mechanical properties of materials under an equivalent load, and shows particularly significant improvement for high loads. Such an effort could accelerate the conversion of multi-scale composites into high performance materials and provide more rational guidance and fundamental understanding towards realizing the theoretical limits of thermal and mechanical properties.
최근들어 고체 표면의 젖음성을 향상시키기 위해 표면에 나노/마이크로 기술을 적용하는 연구가 진행되고 있다. 이러한 연구를 통하여 나노 구조가 표면 젖음성을 향상 시킬 수 있고, 액체 퍼짐은 실 모세관(Capillary wicking)에 의해 형성된다는 것을 확인하였다. 그러나 대부분의 연구는 나노 구조의 작은 스케일때문에 분석하는데 어려움이 있어서 퍼짐현상을 정성적으로 분석하고 있다. 본 연구에서는 마이크로/나노/마이크로-나노 구조를 갖는 실리콘 표면에서의 액적 계면 거동을 정량적으로 분석하였으며, 계면의 거동은 방사광 X선 영상법으로 직접 측면가시화를 진행하였다. 그 결과 모든 구조 표면에서 퍼짐 현상이 발생하였고, 액체 계면의 거동이 서로 다르게 나타났다. 마이크로구조의 경우 일정한 액막 두께를 유지하며 퍼졌고, 나노구조는 완만한 경사를 갖는 것으로 나타났다. 마이크로-나노 구조의 경우 두 가지가 결합된 형태의 퍼짐현상을 보였다. 또한 액체의 퍼짐은 마이크로-나노 구조에서 가장 증진됨을 확인하였다.
NiFe와 TbCo의 게면에서의 자기 교환 결합을 이용하여 자기 저항 소자에 수평 및 수직 바이어스 자장을 제공할수 있도록 $NiFe/TbCo/Si_3N_4$ 박막을 제조하였다. Tb의 면적비가 36 %이고, 기판 바이어스를 인가하지 않았을때 100~180 Oe의 교환 자장을 얻을 수 있었다. NiFe, TbCo, 그리고 보호막으로 사용되는 $Si_3N_4$ 각층의 두께는 각각 $470\;{\AA},\;2400\;{\AA},\;600\;{\AA}$ 이었다. NiFe를 1000 W의 전력과 2.5 mTorr의 아르곤 압력에 제작한 시편에서 1.45 %의 자기 저항 변화율을 얻을 수 있었다. 미세 소자로 제작된 NiFe의 자기 저항 변화율은 1.31 %로 감소 하였으며, 감자화 자장의 영향으로 박막이 완전히 포화되지 못한 곡선을 보였다. 150 Oe의 교환 자 장을 갖는 박막을 자화 용이 방향과 $36^{\circ}$의 각도로 소자를 제작한 결과 약 85 Oe 정도의 자기 저항 응답 곡선의 천이를 보였으며, 소자의 동작점이 응답의 선형 구간으로 이동하였다. 또한 Barkhausen 잡음이 교환 자장에 의한 수평 바이어스에 의하여 제거되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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