친수성 표면 위에서 나노입자 현탁액 미세 액적의 퍼짐 역학

Abstract

미세 액적(microdroplet)은 바이오 프린팅 및 하향식(bottom-up) 제조 기술에서 핵심적인 역할을 하며, 특히 고체 표면에서의 퍼짐(spreading) 거동 제어는 정밀도와 정확도를 결정하는 중요한 요소이다. 순수 액체의 퍼짐성에 대한 연구는 오랫동안 연구되어 왔지만(1~3), 입자 현탁액을 포함한 미세 액적의 퍼짐 거동에 대한 연구는 부족한 실정이다. 본 연구에서는 자체 제작한 잉크젯 시스템을 이용해 직경 50~80 μm 의 단일 미세 액적을 생성하고, 친수성 표면에서 다양한 크기의 입자를 포함하는 수성 미세 액적의 퍼짐 거동을 관찰하였다. 실험 결과, 동일한 Weber 수에서 나노입자 현탁액의 퍼짐 반경이 순수 물보다 더 크게 나타났다. 이를 이해하기 위해 나노입자의 브라운 운동과 입자 간 상호작용이 접촉선 이동성(contact line mobility)에 미치는 영향을 분석하고, 입자 크기(dp), 점도(μ), 기판 온도(T) 등의 변수를 조정하여 퍼짐 거동을 정량적으로 평가하였다.