과제구성현황

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연구과제명 음향 극한물성 시스템 연구

연구책임자

소속 물리학과
전화 02-2123-2619
이메일 samlee@yonsei.ac.kr
연구분야 경량 차음판, 박형 흡음판, 수중스텔스, 수퍼렌즈, 능동 음향 메타물질
공동연구자
  • 엄원석(연세대학교), 신동수(한양대학교), 허신(한국기계연구원, 위탁연구책임자),
연구목표 ■ 본 연구에서는 다음의 세 가지를 목표로 한다.
- 소음 감소 기술 개발
• 경량 차음판을 전 주파수 영역에서 Mass Law 대비 10 배의 성능을 갖도록 개발함
• 박형 흡음판을 기존 기술 대비 1/3 두께로 동일 성능을 내도록 함
• 수중스텔스용 수중 흡음판 성능 기존 대비 5배 향상
- 음향 이미징
• 회절한계 극복하고 파장의 1/10 크기로 음파를 집속함
• 수퍼렌즈는 분해능이 파장의 1/30 되는 이미지를 얻음
• 의료 및 산업진단용 초고분해능 이미징 장치 제작
- 능동 메타물질 개발
• 음파 제어용 능동 메타물질 개발하여 초박형 차음판과 초경량 흡음판을 제작
• 음파 감응용 능동 메타물질 개발하여 수신감도가 기존기술 대비 5배 개선된 수신기 제작
• 압전, 정전, 유압 등 능동메타물질의 구동기작 연구

연구내용 - 경량 차음판: 무게는 가볍지만 거대효율질량을 나타내는 메타물질을 개발하고 이것을 이용해서 기종의 차음판 보다 훨씬 가벼우면서도 동일한 차음성능을 갖는 경량차음판을 개발한다.
- 박형 흡음판: 메타 표면을 이용하여 저주파 광대역 초경량 초박형 흡음판을 개발한다.
- 수중스텔스: 메타 표면을 이용하여 초고성능 수중 흡음판을 개발한다.
- 회절한계 극복: 밀도가 거의 영인 메타물질 (density near zero) 을 이용하여 파장보다 훨씬 더 작은 크기로 음파를 집속하는 것을 실현한다. 이 기술은 세밀한 분해능을 갖는 극한분해능 이미징과 관련이 있다.
- 음향수퍼렌즈: 밀도가 음인 메타물질을 이용하여 파장의 1/30 의 분해능을 갖는 극한분해능 음향 이미징 기술을 개발할 것이다.
- 의료 및 산업진단: 의료진단, 보안, 그리고 음향탐침 시스템을 개발한다.
- 음파제어용 능동메타물질을 개발하여, 초박형 차음판, 초박형 흡음판을 개발한다.
- 음파 감응용 능동 메타물질 개발하여 수신감도가 기존기술 대비 5배 개선된 수신기 제작.
- 압전 소자는 음향 능동메타물질의 구동기작으로 많이 연구되어왔다. 본 연구에서는 정전기를 이용한 음향 능동메타물질 및 유압을 이용한 능동메타물질을 개발하여 초고성능 차음판, 흠음판 등에 이용하고자 한다.

기대효과 ■ 경량 차음판은 층간소음 차단, 자동차 및 철도 차량용 차음판, 선박 및 건물용으로 활용될 수 있으며, 차음판의 가격을 재료비 절감으로 인해 현저히 낮추므로 현재 존재하는 차음판 시장 뿐 만 아니라 새로운 차음판 시장도 창출할 수 있을 것으로 기대된다. 합친 시장규모는 100억 달러 수준으로 예측된다.

■ 박형 흡음판은 기존의 흡음판 시장 뿐 만 아니라 음식점, 커피숍, 강의실, 검물 복도 등에서도 사용될 수 있을 만큼 저렴해 질 것이며 또 다른 100억 달러 수준의 시장을 창출할 것이다.

■ 극한분해능 및 초고감도 음파수신 기술은 보안, 의료진단, 산업진단, 수중 음향 탐침 시스템의 획기적인 발전에 도움이 될 것이다.

■ 극한성능 수중흡음시스템은 수중스텔스 기술을 한 단계 높일 것이다.

■ 능동 음향 메타물질은 음향 메타물질의 발전에 있어서 새로운 장을 여는 것이 될 것이다.

논문

번호 제목 년도 단계
4 Origin of negative density and modulus in acoustic metamaterials 201601 1단계 2차년도
3 Realization of high-performance bandpass filter by impedance-mirroring 201510 1단계 2차년도
2 Mechanical and Electrical Characterization of Piezoelectric Artificial Cochlear Device and Biocompatible Packaging 201507 1단계 1차년도
1 Sound Pressure Level Gain in an Acoustic Metamaterial Cavity 201412 1단계 1차년도

특허

번호 산업재산권명 출원/등록 국가 년도 단계
4 위상 어레이 음향 포커싱 장치 및 음향 포커싱 방법 1 20151201 1단계 2차년도
3 음향메타물질을 이용한 흡음판 1 20150728 1단계 1차년도
2 음향 포커싱 장치 1 20150724 1단계 1차년도
1 광대역 극소 체적탄성률 음향메타물질 1 20150723 1단계 1차년도

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