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전기점성/자기점성 유체의 유변학 성질 및 흐름거동

전문가 제언: ○ IT, BT 그리고 NT의 병행 발전시대에 생산기술의 발전은 RFID와MEMS (Micro Electro Mechanical Systems), 지능형 로봇, 스마트 시스템까지 등장하여 제어용 기기 및 기계제어시스템에서도 종래 없었던 신속, 간편하고 콤팩트한 제어가 필요한 환경이 되고 있다.

○ 이 추세에 맞추어 전기점성유체(Electro-Rheological Fluid : ERF)나 자기점성유체(Magneto-Rheological Fluid : MRF)와 같은 기능성 유체가 개발되고 있다. 이들은 외부의 전계나 자계신호에 의해 1/1000초 정도의 순간에 점도의 엄청난 변화를 가역적이고 연속적으로 일으키는 특성을 가진다. 댐퍼, 밸브, 브레이크, 클러치, 액추에이터와 같은 기계요소에 이들의 응용이 시도되어 양산에 적용되고 있다.

○ 이들 유체는 항복전단응력이 전계나 자계 크기에 의해 결정되고 전단응력이 전단속도에는 거의 변화가 없는 빙함유체(Bingham fluid)와 비슷한 거동을 보인다. 많은 고분자 가공기술에서 보이는 유사플라스틱 흐름(pseudo- plastic flow)은 항복전단응력이 없고, 전단속도의 대수와 전단응력의 대수가 직선을 이룬다. 이의 점도는 전단속도에 따라 대수적으로 감소하는 비뉴톤 흐름을 보여, ERF나 MRF와는 매우 다르다.

○ 평상시 유동성 액체인 이들 기능성 유체는 실리콘 기름과 같은 분산매 속에서 미크론 크기의 분산입자들이 전계나 자계 인가 즉시 분극화 된다. 그리고 흐름방향의 직각인 전계 또는 자계 방향으로 정렬하며, 클러스터로 응집하여 전극이나 자극까지 결합하여 큰 유동성 저항을 갖게 된다. 따라서 겉보기 점도가 증가하는 것처럼 보인다. 이러한 입자들의 거동은 이 글에서 가시화 관찰로 확인되었음을 보고하고 있다.

○ ERF가 전기점성유체, MRF가 자기점성유체라고 표시되어 왔지만, 최근 술폰화 중합체나 액정 고분자가 입자로 사용되어 고분자 사슬에 의한 탄성의 영향이 증대되고 있다. 이러한 점탄성을 고려하여 이들 유체를 전기유변성유체 및 자기유변성유체라고 표현함이 옳다고 생각된다.

저자: Masami NAKANO
자료유형: 학술정보