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연구개요
자기 유변 유체(이하 MR유체)란 실리콘 오일 또는 미네랄 오일 등의 비전도성 용매 속에 미크론 크기의 자성을 가질 수 있는 입자들을 분산시킨 비콜로이드 용액으로, 자기장이 부하되지 않은 경우는 분산 입자가 뉴튼 유체 성질을 띠지만 자기장이 부하되면 분산 입자가 분극화을 일으켜 부하된 자기장과 평행한 방향으로 섬유질이 형성되어 전단력이나 유동에 대한 저항력을 가지는 유체이다. 지금까지는 MR유체와 마찬가지로 가제어성 유체의 일종인 전기 유변 유체(이하 ER유체)에 대한 연구가 선형 댐퍼, 마운트 등 주로 반능동 장치에 국한적으로 이루어졌으나 최근 들어서는 ER유체의 빠른 응답 속도의 장점은 그대로 가지고 있으면서 낮은 항복 응력, 좁은 사용 온도 범위, 특히 불순물에 대한 민감성 등의 단점을 극복한 MR유체에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이미 미국을 비롯한 여러 선진국에서는 1990년 초반부터 활발하게 진행되어 MR유체를 상용화하고 일부는 응용 장치에 적용하고 있다. 이러한 MR유체 관련 기술은 화학, 기계, 항공 우주 뿐만 아니라 군수 산업에 이르기까지 그 적용 범위는 매우 광범위하고 낮은 원가로도 고부가가치 창출이 가능해 경제적 영향도 상당히 크다. 따라서 곧 상용화될 MR유체에 대한 독자적인 기술을 확보하기 위해서는 MR유체의 조성 및 안정성에 대한 기초 연구와 이를 활용한 응용 기술, 특히 기초 설계 기술의 확보는 매우 중요하다. 현재 국내에서의 MR유체 기초 조성 기술과 이를 활용한 응용 장치의 기본 설계 기술에 관한 연구는 한국과학기술원 화학공학과 및 기계공학과를 포함한 일부 기업체에서 진행중이나 아직 기초적 수준에 머무르고 있다. 따라서 이러한 산업 전반과 경제에 미치는 영향, 기술 자립의 필요성을 고려하면 반드시 MR유체에 대한 기초 기술을 확보하기 위한 연구가 요구된다. 이러한 기술의 확보를 위해서는 큰 문제점으로 대두되고 있는 분산 입자와 유체간의 분리를 막는 안정화 기법에 관한 연구가 수행되어야 하며 기존의 운동 모드뿐만 아니라 최근 발견되어 아직까지 수학적 이론이 마련되지 않은 squeeze film mode의 해석이 필요하게 된다. 또한 각종 운동 모드의 해석적, 실험적 이해를 바탕으로, MR유체의 특성을 고려한 응용 예제들을 개발하고, 각각의 응용 장치들의 특성에 맞는 엑츄에이터의 설계 기술의 확보가 필요하다. 이러한 과제의 해결을 위하여 본 연구는 기계공학과 4개팀과 화학공학과 1개팀으로 구성된 연구팀에서 이를 연구하고 있다.




제1세부과제 연구 결과(2차년도)

개념도



위의 그림과 같이 자기장이 가해지지 않을 시에는 전단 변형률에 비례하는 항복응력을 발생하는 Newtonian fluid에서 자기장이 형성되면 유체내의 작은 입자들이 체인을 형성하여 전단변형률이 없어도 일정한 항복응력을 발생시키는 Bingham fluid의 성질을 띄게 된다.

MR유체를 이용하여 개발한 브레이크




valve mode를 이용한 회전 브레이크




영구자석을 이용한 회전 브레이크
위의 브레이크들의 설계 및 제작, 실험을 통하여 MR유체의 기초 기술 및 설계 기술을 확보하고 있다.