KR100953474B1 - 미세유동칩과 마이크로 piv 시스템을 이용한 전자인쇄용잉크의 레올로지 모델 선정방법 - Google Patents

미세유동칩과 마이크로 piv 시스템을 이용한 전자인쇄용잉크의 레올로지 모델 선정방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100953474B1
KR100953474B1 KR1020080082070A KR20080082070A KR100953474B1 KR 100953474 B1 KR100953474 B1 KR 100953474B1 KR 1020080082070 A KR1020080082070 A KR 1020080082070A KR 20080082070 A KR20080082070 A KR 20080082070A KR 100953474 B1 KR100953474 B1 KR 100953474B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
microfluidic chip
printing ink
electronic printing
ink
pressure drop
Prior art date
Application number
KR1020080082070A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100002023A (ko
Inventor
송시몬
장영식
김태호
신기현
Original Assignee
건국대학교 산학협력단
한양대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 건국대학교 산학협력단, 한양대학교 산학협력단 filed Critical 건국대학교 산학협력단
Publication of KR20100002023A publication Critical patent/KR20100002023A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100953474B1 publication Critical patent/KR100953474B1/ko

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N11/02Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material
    • G01N11/04Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties by measuring flow of the material through a restricted passage, e.g. tube, aperture
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N2011/0026Investigating specific flow properties of non-Newtonian fluids
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N11/00Investigating flow properties of materials, e.g. viscosity, plasticity; Analysing materials by determining flow properties
    • G01N2011/006Determining flow properties indirectly by measuring other parameters of the system

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

본 발명은 미세유동칩을 이용하여 전자인쇄용 잉크에 적합한 레올로지(rheology: 유변학) 모델을 선정하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 마이크로 PIV(Particle Image Velocimeter)와 소형 압력변환기를 이용하여 미세채널 내 유체 유동의 속도 분포와 압력 강하를 측정함으로써 유체의 전단변형률, 전단 응력 및 점성 등을 알아낼 수 있는 원리를 이용하여 비뉴턴 유체인 전자인쇄용 잉크의 유변학적 특성을 결정할 수 있는 미세유동시스템을 제공한다. 본 발명을 통해 구축된 미세유동시스템은 전도성 미세입자를 포함하고 비뉴턴 유체의 특성을 갖는 전자인쇄용 잉크가 사용되는 전자인쇄 시스템의 성능 평가에 활용될 수 있다.
전자인쇄용 잉크, 비뉴턴 유체, 마이크로 PIV, 미세유동칩, 점성, 레올로지 모델

Description

미세유동칩과 마이크로 PIV 시스템을 이용한 전자인쇄용 잉크의 레올로지 모델 선정방법{Method of Selecting Rheology Models of E-Printing Ink Using a Microfluidic Chip and Micro PIV}
본 발명은 미세유동칩을 이용하여 전자인쇄용 잉크에 적합한 레올로지(rheology: 유변학) 모델을 선정하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 마이크로 PIV(Particle Image Velocimeter)와 소형 압력변환기를 이용한 마이크로 PIV 시스템과 미세유동칩을 제작하여 미세채널 내 유체 유동의 속도 분포와 압력 강하를 측정하고 그에 의해 유체의 전단변형률, 전단응력 및 점성 등을 찾아내어 레올로지 모델을 선정할 수 있는 미세유동칩과 마이크로 PIV 시스템을 이용한 전자인쇄용 잉크의 레올로지 모델 선정방법에 관한 것이다.
미세입자를 포함한 현탁 물질의 경우 입자 함유량에 따라 유체의 점성 특성이 좌우된다. 전자인쇄용 잉크는 나노 크기의 금속 입자를 다량 포함하며, 인쇄 공정과 결과물의 용도에 따라 입자의 종류, 크기, 양 등이 조절되므로 어떠한 목적으로 이용할 것인가에 따라 그 유체의 점성 또한 변한다고 할 수 있다.
Hsien-Hsueh Lee 등은 실버-나노 잉크젯(silver-nano inkjet) 전자 인쇄용 잉크에 관한 연구에서 은 입자의 함유량에 따라 점성과 표면 장력이 달라진다고 기술하고 있다(참조:H.H. Lee, K.S. Chou and K.C. Huang: Nanotechnology Vol. 16, 2005, p.2436~2441).
한편, 이와 같은 현탁 물질은 일반적으로 점성이 전단 변형률에 의존하는 비뉴턴 유체의 특성을 지니는데, 니켈(nickel) 입자의 함유량에 따른 잉크의 전단 변형률과 점성의 관계를 보여준 Wenjea J. Tseng 등의 연구 내용으로부터 이러한 사실을 확인할 수 있다(참조:W.J. Tseng and C.N. Chen: J. Mater. Sci. Vol. 41, 2006, p.1213~1219).
효율적 인쇄 시스템 설계를 위한 잉크의 유동 해석에 있어서 이처럼 다양한 변수를 갖는 비뉴턴 유체의 점성은 잉크 점성 측정의 과제로 이어진다. 비뉴턴 유체의 점성 측정이 가능한 다양한 장비들이 존재하지만, 절차상의 복잡함을 보다 줄이고 적은 양의 유체 샘플만을 소모할 수 있도록 한다면 고가의 전자인쇄용 잉크를 위한 점성 측정 장비로서 매우 효율적일 것이다.
특히, 단면 크기가 수십 내지 수백 마이크로미터에 불과한 미세유동칩을 이용할 경우 위의 문제점에 대한 효율적인 해결이 가능하며, 마이크로 PIV와 미세유동칩을 이용하여 뉴턴 유체의 점성 및 비뉴턴 유체의 변형률-응력의 관계를 측정한 선행 연구 결과로부터 그 가능성을 확인할 수 있다(참조:D.M. Curtin, D.T. Newport and M.R. Davies: Experimental Thermal amd Fluid Science Vol.30, 2006, p.843~852, G. Degre, P. Joseph, P. Tabeling, S. Lerouge, M. Cloitre and A. Ajdari: Applied Physics Letters Vol. 89 No. 024104, 2006, p.1~3).
상기와 같은 연구결과들을 통하여, 마이크로 PIV와 미세유동칩을 이용하여 소량의 전자인쇄용 잉크에 대한 점성을 측정하고 그에 의해 레올로지 모델을 선정할 수 있는 방법의 개발이 절실히 요구되고 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 기술적 과제는 전단변형률의 함수인 비뉴턴 유체의 점성 측정을 소량의 유체 샘플만으로도 수행할 수 있는 미세유동칩과 마이크로 PIV 시스템을 이용하여 전자인쇄용 잉크에 적합한 레올로지 모델을 선정하고, 이를 전자인쇄용 잉크의 성능 평가에 활용할 수 있는 미세유동칩과 마이크로 PIV 시스템을 이용한 전자인쇄용 잉크의 레올로지 모델 선정방법을 제공하는 것이다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,
(a)마이크로 PIV 시스템으로 미세유동칩 내부를 유동하는 비뉴턴 유체의 속도분포를 측정하는 단계; (b)마이크로 PIV 시스템으로 미세유동칩 내부를 유동하는 비뉴턴 유체의 압력강하를 측정하는 단계; (c)상기 측정된 속도분포와 압력강하 값들을 이용하여 전단변형률과 전단응력 사이의 관계를 도출하는 단계; (d)상기 전단변형률과 전단응력 사이의 관계를 이용하여 비뉴턴 유체에 대한 점성을 계산하고 그래프로 나타내는 단계; 및 (e) 상기 그래프를 이용하여 비뉴턴 유체의 레올로지(Rheology) 모델을 선정하는 단계; 를 포함하는 미세유동칩과 마이크로 PIV 시스템을 이용한 전자인쇄용 잉크의 레올로지 모델 선정방법을 제공한다.
상기 (a)단계에서의 속도분포는 20초간 촬영된 영상을 600개의 프레임으로 분할한 후 상호상관(Cross-correlation) 소프트웨어를 이용하여 얻은 300개의 속도 벡터 데이터를 평균하여 적용할 수 있다.
상기 (c)단계에서의 전단변형률과 전단응력은 각각 (a)단계에서 측정된 속도분포를 미분하여 전단변형률을 계산하여 구하고, (b)단계에서 측정된 압력강하를 이용하여 하기 수학식 1에 의해 전단응력을 구할 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112008059710273-pat00001
여기서, τ는 전단응력, △P는 압력강하, L은 압력 강하를 측정한 길이, y는 채널 내의 좌표값, W는 채널의 폭이다.
그리고, 상기 PIV 시스템은 비뉴턴 유체를 내부에서 일정방향으로 유동시키기 위한 미세유동칩; 상기 마이크로 채널에 빛을 조사하기 위한 다수의 LED; 상기 마이크로 채널의 내부를 유동하는 유체의 확대 상을 형성하는 대물렌즈; 상기 대물렌즈를 통과한 빛의 고주파 성분을 통과시키는 하이패스 필터; 상기 하이패스 필터를 통과한 빛을 일정각도로 굴절시키는 미러; 및 상기 미러에 반사된 영상을 촬영하는 CCD 카메라; 를 포함할 수 있다.
상기 미세유동칩에는 미세채널 내 압력 강하를 측정할 수 있도록 입구와 출구 사이의 상류와 하류에 각각 소형 압력변환기가 부착될 수 있다.
상기 LED는 미세채널 내의 다양한 유속을 가진 유체 유동을 정밀하게 측정할 수 있도록 LED의 점멸 주기를 소프트웨어에 의해 조절하는 것이 바람직하다.
이와 같은 레올로지 모델 선정 방법을 전도성 미세입자를 포함하는 비뉴턴 유체 특성을 갖는 전자인쇄용 잉크에 적용하여 레올로지 모델을 선정하고 유동해석을 한 후 그에 근거하여 상기 잉크의 성능을 평가할 수 있다.
본 발명의 미세유동칩과 마이크로 PIV 시스템을 이용한 전자인쇄용 잉크의 레올로지 모델 선정방법에 따르면, 미세유동칩과 마이크로 PIV를 이용하면 100μL의 유체만으로도 비뉴턴 유체의 점성을 측정할 수 있어 레올로지 모델 선정시 유체 샘플 소모량을 최소화하는 효과가 있다.
그리고, 상기 시스템을 전자인쇄용 잉크의 레올로지 모델 선정방법에 적용하면, 전도성 미세입자를 포함하고 비뉴턴 유체의 특성을 갖는 전자인쇄용 잉크의 성능 평가에 활용될 수 있도록 하는 효과가 있다.
이하에서 첨부된 예시도면에 의거하여 미세유동칩을 구비한 마이크로 PIV 시스템을 설명하고, 다음으로 본 발명의 일 실시예에 의한 미세유동칩과 마이크로 PIV 시스템을 이용한 전자인쇄용 잉크의 레올로지 모델 선정방법을 설명하고자 한다.
마이크로 PIV 시스템 구축
PIV(Particle Image Velocimeter)의 기본 원리는 대상 영역을 CCD 카메라로 촬영하고 촬영 영상을 소프트웨어적으로 처리하여 대상영역 전체의 유속장을 구하는 장치이다. 촬영 영상에서 유동입자의 운동궤적을 추적하기 위하여 특수한 입자를 투입하게 되며, 이 입자에 레이저 광선을 투영하고 반사시켜 유동입자의 운동을 정밀하게 촬영하는 것이다.
도 1은 레이저나 수은 램프 등의 값비싼 광원을 배제하고 상대적으로 저렴한 LED를 이용하여 미세유동시스템의 경제성 및 활용성을 향상시킨 마이크로 PIV 시스템의 개략도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 마이크로 PIV 시스템은 비뉴턴 유체가 내부에서 일정방향으로 유동하는 마이크로 채널(1), 상기 마이크로 채널(1)에 빛을 조사하는 다수의 LED(20), 상기 마이크로 채널(1)의 내부를 유동하는 유체의 확대 상을 형성하기 위한 대물렌즈(30), 상기 대물렌즈(30)를 통과한 빛의 고주파 성분을 통과시키는 하이패스 필터(40), 상기 하이패스 필터(40)를 통과한 빛을 일정각도로 굴절시키기 위한 미러(50), 그리고 상기 미러(50)에 반사된 영상을 촬영하는 CCD 카메라(60)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 상기 시스템은 A. K. Singh 등이 제안한 방법(A.K. Singh, E.B. Cummings and D.J. Throckmorton: Analytical Chemistry Vol. 73 No. 5, 2001, p.1057-1061)을 응용하여 레이저 대신 저가의 LED를 광원으로 구성한 렌즈-카메라 모듈(SVM340, LabSmith Co.)을 활용하였으며, 20X 대물 렌즈(40)와 블루 LED(50)(λ=460nm)를 장착하고 렌즈와 카메라 사이에 하이패스 필터(30)(λcut=500nm)를 설치하였다.
실험 유체에는 형광 입자(61)(G900, dp=900nm, 폴리스티렌, 1%(wt) aqueous suspension, λabem=468/508nm, Duke Scientific Co.)를 전체에 대한 부피비 0.037%로 분산시켜 입자의 운동이 관측될 수 있도록 하였다.
이와 같이 종래에 마이크로PIV의 광원으로 사용되던 할로겐 램프를 LED(20)로 대체함으로써 보다 경제적인 마이크로PIV 시스템을 구축하였으며, 또한 활용되는 LED(20)의 점멸 주기를 소프트웨어(LABVIEW 프로그램)에 의해 조절할 수 있도록 함으로써 다양한 유속의 유체 유동을 측정할 수 있는 미세유동 시스템을 구축하였다.
미세유동칩의 제작
비뉴턴 유체의 유동특성을 측정하기 위한 상기 마이크로 채널(1)로서 미세유동칩(10)을 제조하였으며, 상기 미세유동칩(10)은 폴리다이메틸실록산(PDMS, polydimethylsiloxane)을 재료로 이용하고 포토리소그래피(photolithography)와 몰딩 기법을 이용하여 제작하였다(참조:J.C. McDonald, D.C. Duffy, J.R. Anderson, D.T. Chiu, H. Wu, O.J.A. Schueller and G.M. Whitesides: Electrophoresis Vol. 21, 2000, p.27~40, Y. Berdichevsky, J. Khandurina, A. Guttman and Y.H. Lo: Sensors and Actuators B 97, 2004, p.402~408).
PDMS 몰드를 제작하기 위하여 실리콘 웨이퍼를 아세톤과 아이소프로필 알코올로 세척한 후 PR(Photoresist)(SU-8)을 4인치의 실리콘 웨이퍼 위에 150μm 두께로 스핀 코팅을 하고 65℃에서 5분간 및 95℃에서 30분간 열처리하였다.
미세채널 패턴을 형성하기 위하여 필름 마스크를 PR이 코팅된 웨이퍼 위에 올린 후 365nm UV(Ultraviolet)로 상기 PR을 노광하였다.
그 후 다시 65℃에서 5분간 및 95℃에서 12분간 열처리하고, SU-8 디벨로퍼 용액에 10분간 담가두어 UV에 노출되지 않은 PR을 제거함으로써 미세채널 패턴을 완성한 후 세척하였다.
이렇게 완성된 PDMS 몰드에 PDMS를 붓고, 진공 챔버에서 30분간 진공 상태로 둠으로써 PDMS 속의 기포를 제거한 후, 70℃의 오븐에서 2시간 동안 열처리하여 PDMS 채널(11)을 제작하였으며, 마지막으로 상기 PDMS 채널(11)의 일면에 오존 플라즈마를 이용하여 슬라이드 글래스(12)를 접합시켰다. 상기 슬라이드 글래스(12)를 통해 미세채널(13) 내의 유동을 촬영할 수 있다.
도 2는 미세채널 내 유체 유동의 속도 분포 및 압력 강하를 측정할 수 있는 미세유동칩의 개략도로서, 미세유동칩(10)의 미세채널(13)에 소형의 압력변환기(70)들을 부착함으로써 간단하게 미세채널(13) 내의 압력 강하를 측정할 수 있다. 상기 압력변환기(70)는 미세채널(13)의 입구(14)와 출구(15) 사이의 상류와 하류에 각각 형성되어 있는 통공(16a,16b)들을 통하여 미세채널(13)과 연결되어 있다.
상기와 같은 과정을 거쳐 도면에서와 같은 100μL의 유체만으로도 비뉴턴 유체의 점성을 측정할 수 있도록 유체 샘플 소모량을 최소화한 미세유동칩(10)을 구비한 마이크로 PIV 시스템이 완성된다.
상기 시스템을 이용하여 점성 특성이 데이터베이스화되어 있는 뉴턴 유체인 글리세린 수용액을 통해 미세유동시스템의 정확도를 확인하였다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 전자인쇄용 잉크의 레올로지 모델 선정방법을 도시한 플로우차트로서, 상기 확인한 바에 의하여 도면을 참조하여 본 발명 의 일 실시예에 의한 전자인쇄용 잉크에 대한 레올로지 모델의 선정방법을 설명하면 다음과 같다.
속도 측정
먼저, 미세유동칩(10) 내부를 유동하는 비뉴턴 유체의 속도분포를 측정한다(S1). 주사기 펌프(KDS120, KD Scientific Co.)와 미세주사기(N-2100711, 100μL, ILS Co.), 그리고 유리 모세관(80)(din/dout= 148/363μm, Polymicro Technologies Co.)을 이용하여 미세채널 내에 유체를 주입하였다. 상류와 하류 지점의 압력이 정상 상태가 되었음을 확인한 후 LED(20)를 작동시키고 촬영하여 LED(20)의 열이 측정에 미치는 영향을 최소화하였다.
20초간 촬영된 영상을 600개의 프레임으로 분할한 후 상호상관(Cross-correlation) 소프트웨어를 이용하여 300개의 속도 벡터 데이터를 얻었으며, 이를 평균하여 결과에 적용하였다.
도 3은 전자인쇄용 잉크와 동일하게 비뉴턴 유체의 특성을 갖는 PEO(Poly Ethylene Oxide) 수용액이 미세채널 내로 유입되는 유량의 증가에 따른 미세채널 내 속도 분포 특성을 보여주는 그래프로서, 상기와 같은 방법으로 측정된 속도 값을 이용한 분포 라인을 나타내고 있다.
압력 강하 측정
다음으로, 미세유동칩(10) 내부를 유동하는 비뉴턴 유체의 압력강하를 측정한다(S2). 압력 강하 측정이 가능하도록 도 2에서와 같이 상류와 하류에 3cm 간격 으로 각각 통공(16a,16b)을 형성하고 소형의 압력변환기(70)(8510C-15, 0~15psig, Endevco Co.)를 미세유동칩(10) 위에 직접 부착시킴으로써 데드 볼륨(dead volume)을 최소화하였다. 즉, 도 2에서 알 수 있는 바와 같이 캐비티(17)를 최소화하였다. 그리고, 측정된 압력 신호는 데이터 수집 장비(PCI6221 & BNC2110, National Instrument Co.)를 이용하여 수집하였다.
도 4는 PEO 수용액의 미세채널 내로 유입되는 유량의 증가에 따른 미세채널 내 단위 길이당 압력강하의 변화를 보여주는 그래프로서, 상기와 같은 방법으로 측정된 압력강하 값과 그를 이용하여 도시한 피팅 라인(Fitting line)을 함께 나타내고 있다.
이와 같이 측정된 속도분포를 미분하여 전단변형률을 계산하고, 압력강하를 이용하여 하기 수학식 1에 의해 전단응력을 구한다(S3).
Figure 112008059710273-pat00002
여기서 τ는 전단응력, △P는 압력강하, L은 압력 강하를 측정한 길이, y는 채널 내의 좌표값, W는 채널의 폭이다.
도 5는 PEO 수용액의 미세채널 내 유입 유량 변화를 통한 전단변형률과 전단응력 사이의 관계 변화를 보여주는 그래프로서, 상기에서 측정된 값을 이용하여 계산된 값에 의해 나타낸 그림이다.
이와 같은 전단변형률과 전단응력 사이의 관계를 이용하여 전단변형률과 점 성의 관계를 파악함으로써 비뉴턴 유체에 대한 점성을 계산하고 그래프로 나타낼 수 있다(S4).
그리고, 상기 그래프와 비뉴턴 유체의 레올로지(Rheology) 모델을 나타내는 수학적 관계식을 비교하여 전자인쇄용 잉크에 적합한 레올로지 모델을 선정하게 된다(S5).
도 6은 PEO 수용액을 활용한 유체 유동 측정 결과를 바탕으로 선정된 레올로지 모델을 사용하여 전단변형률과 점성의 관계를 로그 척도로 나타내고 있다.
그리고, 도 7은 PEO 수용액을 활용한 유체 유동 측정 결과를 바탕으로 선정된 레올로지 모델과 그 변수들에 대한 표로서, 도 6의 전단변형률과 점성의 관계에 의하여 선정된 레올로지 모델을 나타내고 있다.
상기와 같이 하여 비뉴턴 유체인 PEO수용액의 점성 측정에서 극소량의 유체만으로도 종래의 연구결과와 유사한 형태의 결과를 확인할 수 있으며, 그에 따라 상기 수용액의 수학적 점도 표현식을 얻어 유동 해석을 할 수 있다.
이와 같은 방법을 전도성 미세입자를 포함하는 비뉴턴 유체 특성을 갖는 전자인쇄용 잉크에 대해 적용하면, 레올로지 모델 선정 및 그에 의한 유동해석을 통해 유동특성을 파악함으로써 전자인쇄용 잉크의 성능을 평가할 수 있다.
도 1은 LED를 이용하여 미세유동시스템의 경제성 및 활용성을 향상시킨 마이크로PIV 시스템의 개략도이다.
도 2는 미세채널 내 유체 유동의 속도 분포 및 압력 강하를 측정할 수 있는 미세유동칩의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서 전자인쇄용 잉크와 동일하게 비뉴턴 유체의 특성을 갖는 PEO 수용액의 미세채널 내 유입 유량 증가에 따른 미세채널 내 속도 분포 특성을 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예로서 PEO 수용액의 미세채널 내 유입 유량 증가에 따른 미세채널 내 단위 길이 당 압력 강하의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예로서 PEO 수용액의 미세채널 내 유입 유량 변화를 통한 전단변형률과 전단응력 사이의 관계 변화를 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예로서 PEO 수용액을 활용한 유체 유동 측정 결과를 바탕으로 선정된 레올로지 모델을 사용하여 전단변형률과 점성의 관계를 로그 척도로 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예로서 PEO 수용액을 활용한 유체 유동 측정 결과를 바탕으로 선정된 레올로지 모델과 그 변수들에 대한 표이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 전자인쇄용 잉크의 레올로지 모델 선정방법을 도시한 플로우차트이다.

Claims (7)

  1. (a)마이크로 PIV 시스템으로 미세유동칩 내부를 유동하는 비뉴턴 유체의 속도분포를 측정하는 단계;
    (b)마이크로 PIV 시스템으로 미세유동칩 내부를 유동하는 비뉴턴 유체의 압력강하를 측정하는 단계;
    (c)상기 측정된 속도분포와 압력강하 값들을 이용하여 전단변형률과 전단응력 사이의 관계를 도출하는 단계;
    (d)상기 전단변형률과 전단응력 사이의 관계를 이용하여 비뉴턴 유체에 대한 점성을 계산하고 그래프로 나타내는 단계; 및
    (e) 상기 그래프를 이용하여 비뉴턴 유체의 레올로지(Rheology) 모델을 선정하는 단계; 를 포함하는 미세유동칩과 마이크로 PIV 시스템을 이용한 전자인쇄용 잉크의 레올로지 모델 선정방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (c)단계에서의 전단변형률과 전단응력은
    (a)단계에서 측정된 속도분포를 미분하여 전단변형률을 계산하고, (b)단계에서 측정된 압력강하를 이용하여 하기 수학식 1에 의해 전단응력을 구하는 것을 특징으로 하는 미세유동칩과 마이크로 PIV 시스템을 이용한 전자인쇄용 잉크의 레올로지 모델 선정방법.
    [수학식 1]
    Figure 112008059710273-pat00003
    (여기서, τ는 전단응력, △P는 압력강하, L은 압력 강하를 측정한 길이, y는 채널 내의 좌표값, W는 채널의 폭)
  3. 제1항에 있어서, 상기 PIV 시스템은
    비뉴턴 유체를 내부에서 일정방향으로 유동시키기 위한 미세유동칩;
    상기 마이크로 채널에 빛을 조사하기 위한 다수의 LED;
    상기 마이크로 채널의 내부를 유동하는 유체의 확대 상을 형성하는 대물렌즈;
    상기 대물렌즈를 통과한 빛의 고주파 성분을 통과시키는 하이패스 필터;
    상기 하이패스 필터를 통과한 빛을 일정각도로 굴절시키는 미러; 및
    상기 미러에 반사된 영상을 촬영하는 CCD 카메라; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세유동칩과 마이크로 PIV 시스템을 이용한 전자인쇄용 잉크의 레올로지 모델 선정방법.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 미세유동칩에는
    미세채널 내 압력 강하를 측정할 수 있도록 입구와 출구 사이의 상류와 하류에 각각 소형 압력변환기가 부착되는 것을 특징으로 하는 미세유동칩과 마이크로 PIV 시스템을 이용한 전자인쇄용 잉크의 레올로지 모델 선정방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 LED는
    미세채널 내의 다양한 유속을 가진 유체 유동을 정밀하게 측정할 수 있도록 LED의 점멸 주기를 소프트웨어에 의해 조절하는 것을 특징으로 하는 미세유동칩과 마이크로 PIV 시스템을 이용한 전자인쇄용 잉크의 레올로지 모델 선정방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 (a)단계에서의 속도분포는
    20초간 촬영된 영상을 600개의 프레임으로 분할한 후 상호상관(Cross-correlation) 소프트웨어를 이용하여 얻은 300개의 속도 벡터 데이터를 평균하여 적용하는 것을 특징으로 하는 미세유동칩과 마이크로 PIV 시스템을 이용한 전자인쇄용 잉크의 레올로지 모델 선정방법.
  7. 전도성 미세입자를 포함하는 비뉴턴 유체 특성을 갖는 전자인쇄용 잉크에 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법을 적용한 레올로지 모델의 선정 및 유동해석에 근거하여 상기 잉크의 성능을 평가하는 전자인쇄용 잉크의 성능평가방법.
KR1020080082070A 2008-06-28 2008-08-21 미세유동칩과 마이크로 piv 시스템을 이용한 전자인쇄용잉크의 레올로지 모델 선정방법 KR100953474B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080062134 2008-06-28
KR20080062134 2008-06-28

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100002023A KR20100002023A (ko) 2010-01-06
KR100953474B1 true KR100953474B1 (ko) 2010-04-16

Family

ID=41812270

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080082070A KR100953474B1 (ko) 2008-06-28 2008-08-21 미세유동칩과 마이크로 piv 시스템을 이용한 전자인쇄용잉크의 레올로지 모델 선정방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100953474B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003524183A (ja) 2000-02-23 2003-08-12 カリパー・テクノロジーズ・コープ. マルチリザーバ圧力コントロールシステム
WO2006115863A2 (en) 2005-04-12 2006-11-02 Caliper Life Sciences, Inc. Compact optical detection system for microfluidic devices

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003524183A (ja) 2000-02-23 2003-08-12 カリパー・テクノロジーズ・コープ. マルチリザーバ圧力コントロールシステム
WO2006115863A2 (en) 2005-04-12 2006-11-02 Caliper Life Sciences, Inc. Compact optical detection system for microfluidic devices
JP2008538813A (ja) 2005-04-12 2008-11-06 カリパー・ライフ・サイエンシズ・インク. マイクロ流体デバイス用の小型光学検出システム

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
대한기계학회 논문집 B권, 제31권 제4호, pp320-329, 2007

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100002023A (ko) 2010-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wu et al. Hydrodynamic focusing in microchannels under consideration of diffusive dispersion: theories and experiments
CN104568287B (zh) 一种利用pdms薄膜的形变直接测量微通道内压力装置
Chun et al. Cytometry and velocimetry on a microfluidic chip using polyelectrolytic salt bridges
Lee et al. Temperature controlled tensiometry using droplet microfluidics
US20060179923A1 (en) Nanoliter viscometer for analyzing blood plasma and other liquid samples
Antony et al. Detection principles and development of microfluidic sensors in the last decade
US10386282B2 (en) Method, apparatus and micro-rheometer for measuring rheological properties of newtonian and non-newtonian fluids
Wu et al. Micromachined Coulter counter for dynamic impedance study of time sensitive cells
Srivastava et al. Microfluidic pressure sensing using trapped air compression
Fu et al. A high‐discernment microflow cytometer with microweir structure
US11009440B2 (en) Microheater integrated temperature controllable microfluidic tensiometer for measuring dynamic interfacial tension
KR101052494B1 (ko) 이머젼 오일 기술을 적용한 마이크로 입자영상속도계 시스템 및 미세유동칩을 이용한 전자 인쇄용 잉크의 유동특성 측정방법
CN104089696A (zh) 基于图像灰度分析的微尺度薄膜振动频率的测量方法
KR100953474B1 (ko) 미세유동칩과 마이크로 piv 시스템을 이용한 전자인쇄용잉크의 레올로지 모델 선정방법
KR20070005835A (ko) 미소필터를 이용한 미소입자 변형성 분석기
Lee et al. An open-source programmable smart pipette for portable cell separation and counting
KR101106612B1 (ko) 유체특성 측정방법 및 그 측정장치
Witkowski et al. Micro-particle image velocimetry for imaging flows in passive microfluidic mixers
Lee et al. A flow rate independent cell concentration measurement chip using electrical cell counters across a fixed control volume
Byun et al. Fabrication of a new micro bio chip and flow cell cytometry system using Bio-MEMS technology
Kim et al. Brownian microscopy for simultaneous in situ measurements of the viscosity and velocity fields in steady laminar microchannel flows
EP3421967B1 (en) Capillary viscometer and method for analysis of fluids, in particular oils
Ren et al. INCORPORATING NANOSCALE RANDOM SURFACE ROUGHNESS BY DESIGN INTO MICROFLUIDIC DEVICE FABRICATION
CN206731337U (zh) 一种负流阻振荡器
Zhu et al. Capillary flow in polymer microfluidic chips

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee