This paper presents a method of controlling the stiffness of a tungsten probe for an atomic force microscope (AFM) in order to provide high-quality phase contrast images in accordance with sample characteristics. While inducing sufficient deformation on sample surfaces with commercial Si or $Si_3N_4$ probes is difficult because of their low stiffness, a tungsten probe fabricated by electrochemical etching with appropriately high stiffness can generate relatively large elastic deformation without damaging sample surfaces. The fabrication of the tungsten probe involves two separate procedures. The first procedure involves immersing a tungsten wire with both ends bent parallel to the surface of an electrolyte and controlling the stiffness of the tungsten cantilever by decreasing its diameter using electrochemical etching in the direction of the central axis. The second procedure involves immersing the end of the etched tungsten cantilever in the direction perpendicular to the surface of the electrolyte and fabricating a tungsten tip with a tip radius of 20-50 nm via the necking phenomenon. The latter etching process applies pulse waves every 0.25 seconds to the manufactured tip to improve its yield. Finite element analysis (FEA) of the stiffness of the tungsten probe as a function of its diameter showed that the stiffness of the tungsten probes greatly varies from 56 N/m to 3501 N/m according to the cantilever diameters from $30{\mu}m$ to $100{\mu}m$, respectively. Thus, the proposed etching method is effective for producing a tungsten probe having specific stiffness for optimal use with an AFM and certain samples.
Park, Sungmin;Nam, Gyungmok;Kim, Jonghun;Yoon, Sang-Hee
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.8
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pp.731-736
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2016
Three-dimensional (3D) high-aspect-ratio (HAR) microstructures for biomedical applications (e.g., microneedle, microadhesive, etc.) are microfabricated using the hybrid ultraviolet (UV) lithography in which inclined, rotational, and reverse-side UV exposure processes are combined together. The inclined and rotational UV exposure processes are intended to fabricate tapered axisymmetric HAR microstructures; the reverse-side UV exposure process is designed to sharpen the end tip of the microstructures by suppressing the UV reflection on a bottom substrate which is inevitable in conventional UV lithography. Hybrid UV lithography involves fabricating 3D HAR microstructures with an epoxy-based negative photoresist, SU-8, using our customized UV exposure system. The effects of hybrid UV lithography parameters on the geometry of the 3D HAR microstructures (aspect ratio, radius of curvature of the end tip, etc.) are measured. The dependence of the end-tip shape on SU-8 soft-baking condition is also discussed.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.45
no.2
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pp.85-91
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2017
A wind tunnel test for 1/86 scaled down model of the NREL 5 MW offshore wind turbine was conducted to investigate the wake and flow fields. Deficit of flow speed in the wake region and variations of the turbulence intensity were measured using a hot wire anemometer at rated tip speed ratio of 11.4 m/s and a rotational speed of 1,045 rpm. According to the test results, velocity deficits along both of lateral and vertical directions were recovered within 2 rotor radii downstream from the rotating disc plane. The tip vortices effect was negligible after 5 rotor radii downstream from the rotating plane. Turbulence intensities showed maximum value around the blade tip, and decreased rapidly after one radius apart from the rotating plane, and those values were preserved until 6 rotor radii downstream.
Young-Seo Kim;Young-Jun Cho;Han-Kyun Shin;Hyun Park;Jung Han Kim;Hyo-Jong Lee
Journal of the Microelectronics and Packaging Society
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v.31
no.2
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pp.54-62
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2024
SICM (Scanning Ion Conductivity Microscopy) is a technique for measuring surface topography in an environment where electrochemical reactions occur, by detecting changes in ion conductivity as a nanopipette tip approaches the sample. This study includes an investigation of the current response curve, known as the approach curve, according to the distance between the tip and the sample. First, a simulation analysis was conducted on the approach curves. Based on the simulation results, then, several measuring experiments were conducted concurrently to analyze the difference between the simulated and measured approach curves. The simulation analysis confirms that the current squeezing effect occurs as the distance between the tip and the sample approaches half the inner radius of the tip. However, through the calculations, the decrease in current density due to the simple reduction in ion channels was found to be much smaller compared to the current squeezing effect measured through actual experiments. This suggests that ion conductivity in nano-scale narrow channels does not simply follow the Nernst-Einstein relationship based on the diffusion coefficients, but also takes into account the fluidic hydrodynamic resistance at the interface created by the tip and the sample. It is expected that SICM can be combined with SECM (Scanning Electrochemical Microscopy) to overcome the limitations of SECM through consecutive measurement of the two techniques, thereby to strengthen the analysis of electrochemical surface reactivity. This could potentially provide groundbreaking help in understanding the local catalytic reactions in electroless plating and the behaviors of organic additives in electroplating for various kinds of patterns used in semiconductor damascene processes and packaging processes.
In this study, the fracture phenomena of optical disks are discussed by theoretical and experimental approaches and then some recommendations are presented to prevent the fracture. Linear equations of motion are discretized by using the Galerkin approximation. From the discretized equations, the dynamic responses are computed by the generalized- time integration method. As a fracture criterion for optical disks, the critical crack length is presented. From experimental methods, the fracture procedure is analyzed. The fracture occurs when disks have crack on the inner radius of the disks. Since the crack growth and the fracture result from the stress concentration on the tip of the crack, a measure should be taken to overcome the stress concentration. This problem can be resolved by the structural modification of a disk. This study proposes 3 types of improved optical disks.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.22
no.1
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pp.3-8
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2012
In an attempt to improve adhesion strength between glass and metal due to use of Pb-free solder as a sealant between glass and metal in the manufacturing process of vacuum insulation window glass to maintain the vacuum volume, ultrasonic energy is often applied during the process of Pb-free sealing. In this study, we propose an ultrasonic vibrator with a 4 mm end tip radius which performs resonance frequency of 60 kHz and 14 um or higher vibration displacement. A frequency variation due to applied pressure on piezo disks, which was excluded in the computer simulation, was verified experimentally, and we have demonstrated a 17 um vibration displacement at 50 V input through the performance test of a vibrator constructed with our specification.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.14
no.3
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pp.122-129
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1997
Machining technology has emerged to the point of performing atomic-scale fabrication. In tail paper atomic-scale machining characteristics are investigated by using Molecular Statics simulation method. The cutting model used in this work simulates machining with tools such as an AFM. It is shown that built-up edge formation and cutting forces depend on tool tip geometry. Also, the material flow during cutting is shown for various cutting conditions such as depth of cut, rake angle, and edge radius of tool.
Journal of the korean Society of Automotive Engineers
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v.6
no.3
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pp.45-54
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1984
Bending strength of an internal gear tooth is discussed as tooth form factor taking into account the actual stress magnitude. Stress analysis was carried out by the finite element method(FEM) for the calculation of tooth form factor of an internal gear. This paper also investigated the influences of number of teeth and addendum modification coefficient of the internal gear and the influences of number of teeth, addendum modification coefficient, pressure angle, radius of rounding of tooth tip, and bottom clearance coefficient of the pinion-shaped cutter on tooth form factor of internal gear. Generalizing the resultant data, a simple formula for the tooth form factor of an internal gear was derived for the calculation of tooth bending strength of an internal gear.
Kim, Dong-Mook;Kim, Seok-Min;Sohn, So-Young;Kang, Shin-Ill
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.3
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pp.450-454
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2003
It is important to control the processing conditions to maximize the replication quality of UV-molded microstructure. In the present study, the tip radius anil surface roughness of V-groove structure were measured to quantify the replication quality. UV-curing dose and the applied pressure were experimentally selected as the governing Processing conditions that affect the replication quality of the UV-molded part. Finally. an experimental optimization technique combining central composite design and desirability function approach was used to maximize the replication quality of UV-molded structure.
Transport of a scalar quantity, such as chemical concentration or temperature, is important in many engineering applications and environmental flows. Here we report on results obtained from the large eddy simulations of flow and concentration fields inside the tank performed using a spectral multi-domain technique. The computations were driven by specifying the impeller-induced flow at the blade tip radius (Yoon et al. $^{(1)}$). This study focused on the concentration development at different molecular diffusivities in a stirred tank operated under turbulent conditions. The main objective of the work presented here is to study the large-scale mixing structure at different molecular diffusivities in a stirred tank by using the large eddy simulation. The time sequence of concentration and flow fields shows the flow dependency of the concentration development. The presence of spatial inhomogenieties is detailed by observing the time variation of local concentration at different positions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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