본 연구에서는 해석 및 실험적 방법을 이용하여 EK Pump 의 효율이 증가함을 확인하였다. 특히 단 채널과 다 채널에서의 Electrokinetic Pumping 에 관한 연구를 나누어 수행하였다.
단 채널에서의 계산적 연구에서는, EK Pumps 의 효율을 계산하는 새로운 모델을 제시하였다. 이 모델은 기존의 연구에서 사용하던 Thin Debye Layer 와 Debye-H$\ddot{u}$ckel Limit 가정을 사용하지 않았다. 이 모델을 통해서 효율에 관계된 세가지 중요 무차원 변수를 정의하였으며, 이 무차원 변수들을 이용하여 EK Pump 의 효율을 최대로 하는 최적 조건을 찾아내었다. 그 결과, EK Pump 의 형상과 낮은 이온의 Mobility를 갖는 용액을 적절히 선택해 준다면, 효율이 15% 이상 향상될 수 있음을 수치적으로 확인하였다.
단 채널에서의 실험적 연구에서는, 한 변이 50㎛ 인 정사각 단면을 갖는 Fused-Silica Capillary 에 DI Water 와 0.1mM-10mM PBS 용액을 사용하여 Fused Silica 와 용액 경계에서 발생하는 Zeta Potential 값과 유량을 측정하였다. 이 실험 결과는 Thin Debye Length 구간에서의 해석해와 잘 일치하였다. 특히, 사용한 여러 용액 중에서 가장 좋은 성능을 나타내는 0.1mM PBS 의 경우 -75mV Zeta Potential 값과, 외부에서 1kV의 전기장을 걸어주었을 때, 0.3μl/min 유량을 얻을 수 있었다. 이 경우, 1%에도 못 미치는 낮은 효율을 보이고 있다. 그 결과, Thin Debye Length 를 갖는 단 채널에서는 효율이 매우 낮음을 실험적으로 확인하였다.
사각형 단면을 갖는 다 채널에서의 전기 분포와 속도 분포를 결정하는 해석해를 제시하였고, 이 해석해는 Debye-Huckel Approximation 을 사용하지 않고, Averaging 방법을 이용하여 얻었다. Finite Volume Method 방법을 이용하여 얻은 수치해와 해석해를 비교하여 그 타당성을 검증하였다. 해석해를 이용하여 채널 폭이 나노 크기가 될 때, EK Pump 의 Pumping Power 와 효율이 증가함을 확인 할 수 있었다.
다 채널에서의 해석 결과를 바탕으로, 나노 크기의 채널 폭을 갖는 다채널 EK Pump 를 제작하였다. 채널 폭이 200nm, 400nm와 600nm 채널 폭을 갖는 100개의 채널로 이루어진 EK Pump 는 Deep RIE 와 $SiO_2$ Oxidation 공정을 이용하여 제작되었다. 제작된 채널에서 실험을 수행하여, EK Pump 내를 흐르는 유량에 대한 실험 결과를 얻었고, 이 실험 결과와 앞에서 제시한 해석해와 비교를 하였다. 실험치와 해석해를 잘 일치함을 보였으며, 이를 통해 앞에서 제시한 해석해의 타당성을 실험적으로 검증할 수 있었다. 이 해석해는 채널 EK Pump를 설계할 때, 적절한 설계 변수를 찾는데 많은 도움이 되리라 예상한다. 마지막으로 본 연구에서 0.2mM SDS 와 DI Water 가 사용될 때, 2.83(㎼/cm/$V^2$) 와 15.5 (㎼/cm/$V^2$) 의 Pumping Power 를 실험적으로 얻었다. 또한 200nm 채널 폭을 갖는 EK Pump 에 DI Water 를 사용할 경우, 약 5.2%의 효율을 실험적으로 얻었다.
