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평면과 곡면 두가지 모양을 갖는 형상기억합금 공진기를 이용한 튜너블 탄성 메타물질
대표 URL https://doi.org/10.1063/1.5084548
작성자 관리자 게시일 2020.08.06 조회수 965

평면과 곡면 두가지 모양을 갖는 형상기억합금 공진기를 이용한 튜너블 탄성 메타물질

 

저장 대학의 SMSD(Soft Machines and Smart Devices) 연구팀은 온도에 따라 모양과 상태(결정구조)가 변하는 형상기억합금(SMA)을 이용하여 굽힘 변형에 의한 밴드갭을 저주파대역으로 낮춤과 동시에 밴드폭을 넓히는 탄성 메타물질에 대한 연구를 제안했다. 제안된 메타물질은 Ti-Ni합금으로 만든 얇은 빔 형태의 공진기가 배열된 구조이다.  온도가 올라감에 따라 원래 평면인 공진기가 최대 200˚의 곡면으로 변형되고 상태는 R-phase (Rhombohedral phase)에서 A-phase (Austenite phase)로 바뀜에 따라 영률이 급격하게 증가하게 된다. 이러한 현상의 결과로 제안된 메타물질은 1차 밴드갭 대역이 높아지며 좁아지지만 2,3차 밴드갭 대역이 낮아지며 넓어져 전체 밴드갭 영역이 낮아짐과 동시에 밴드폭이 넓어지게 된다. 해당 연구팀은 이러한 메타물질을 구현하기 위해 위 두 모양과 상태의 조합에 따른 밴드갭을 수치해석을 통해 확인, 설계하였고 실험을 통해 비교, 검증하였다. 또한 연구팀은 실험과정에서 공진기의 온도를 올리기 위해 두 가지 방법을 이용하였는데 먼저 적외선등을 이용할 경우 댐핑은 적지만 온도가 부정확하여 Polyimide 히터를 이용한 실험 역시 진행하였다. 소개된 연구는 온도 환경에 따라 목표주파수가 바뀌는 응용분야에서 효과적인 밴드갭 설계를 통해 파동제어가 가능한 기술이 될 것으로 기대된다.

 

 

출처: Chuang, K. C., Lv, X. F., & Wang, D. F. (2019). A tunable elastic metamaterial beam with flat-curved shape memory alloy resonators. Applied Physics Letters, 114(5), 051903.

 

[담당자: 이재화(jaehwalee@kimm.re.kr, 7462)]

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