Phenomena of droplet impact on solid surfaces are ubiquitous in nature and have been widely explored for industrial applications, such as inkjet printing, anti-icing and spray cooling. Recently, droplet impact on a face mask has been also considered since COVID-19 pandemic. In particular, there have been various studies for evaluating the blockage of the droplets in face masks. However, there are less work for investigating the interaction between the droplet and mask surfaces. Therefore, this work provide the new view on the assessment of face masks based on understanding of the droplet impact dynamics. In this study, we experimentally studied retraction dynamics of droplets after impacting mask surfaces with different roughness and provide a prediction model based on energy analysis. The results indicates that the droplet impacting each surface shows different behaviors affected by retraction dynamics. In addition, we found the droplet impacting the rougher surface showed lower break-up threshold and the retraction dynamics highly affect the break-up phenomena as well. These findings can help understand the retraction dynamics fundamentally and provide an ideal mask surface for preventing the spread of respiratory diseases.
잉크젯 프린팅, 스프레이 코팅 및 쿨링 등 다양한 분야에서 액적과 고체 표면 충돌에 대한 이해를 필요로 하고 있다. 특히, 비말로 확산되는 코로나-19가 도래함으로써 액적-마스크 간 충돌 거동에 대한 연구는 더욱 주목받고 있다. 그러나 대부분의 연구가 액적의 마스크 침투 여부 혹은 충돌 시 표면 위 액적 깨짐 거동에 대해 실험적 측정 결과들만 보고하고 있다. 따라서, 본 학위논문에서는 침투 이외 비말 액적의 충돌과 상 호작용에 대한 상세한 물리적 현상의 이해를 바탕으로, 새로운 마스크 성능 평가 지표에 대해 소개하고자 한다. 본 연구에서는 거칠기가 다른 세 마스크 표면 위에서 비말 액적의 수축거동을 살펴보고, 에너지 기반의 이론 모델을 제시하여 이를 토대로 액적 깨짐 현상에 대한 이해를 하고자 한다. 초고속 촬영기법을 통해 각 마스크 표면 위 액적 위상이 액적 수축 거동으로 인해 다르게 나타남을 확인하였으며, 마스크 표면 거칠기가 클수록 액적 깨짐 임계 W e 수가 낮음을 관찰하였다. 나아가 액적 수축 거동이 깨진 비말의 확산에 미치는 영향을 확인함으로써 이상적인 마스크의 지표를 제시하였다. 궁극적으로 본 연구는 최종 위상을 결정하는 수축 거동에 미치는 요소를 이해하고, 감염병 확산 최소화를 위한 필터 표면 및 특성 연구에 적용될 것으로 기대된다.
