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밴드갭 튜닝이 가능한 형상 기억 폴리머 메타물질
대표 URL https://doi.org/10.1016/j.eml.2020.101077
작성자 관리자 게시일 2021.11.25 조회수 186

밴드갭 튜닝이 가능한 형상 기억 폴리머 메타물질

 

단위구조를 배열하여 매질 내 파동을 제어할 수 있는 메타구조는 단위구조의 형상, 재료의 물성 등에 의해 파동이 제어되는 주파수 대역을 조절할 수 있다. 하지만 공진 기반으로 원하는 성능을 구현하는 기존 메타구조들은 주파수 대역이 협소한 문제점이 있는데 이러한 문제점을 해결할 수 있는 성능 광대역화에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 온도, 압력 등의 환경 변화에 따라 물성이 바뀌는 튜너블 재료에 대한 최근 많은 연구가 진행중에 있는데 이러한 재료를 이용하여 조건에 따라 주파수 대역을 조절할 수 있다. 베이징 공과대학 연구팀은 온도 압력등에 따라 물성이 변화하는 형상 기억 폴리머를 이용하여 탄성파를 제어할 수 있는 밴드갭 튜닝 메타구조를 제안했다. 제안된 메타구조는 RGD8530(형상기억 폴리머)와 Vero White(지지층)의 두 층을 갖는 단위구조로 구성돼 있다. 이 중 형상기억 폴리머 층은 온도가 높아짐에 따라 유연해지며 팽창한 형상을 갖고 힘을 가하게 되면 강성이 강해지며 지지층과 붙어 압축된 형상을 갖는다. 즉 두 형상에 따라 각각 저주파(압축시)와 고주파(팽창시) 대역에서 밴드갭(탄성파가 진행하지 않는 주파수대역)을 갖는다. 연구팀은 제안된 단위 구조를 직렬과 병렬로 (2X2) 배열하여 전기신호를 통해 각 단위구조를 압축모드 또는 팽창모드로 조절하여 탄성파가 진행 여부를 수치해석을 통해 확인하였다. 제안된 연구는 조건에 따라 다양한 주파수를 투과 또는 비투과하여 정밀한 탐지를 필요로 하는 응용분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

 

출처: Ren, Z., Ji, L., Tao, R., Chen, M., Wan, Z., Zhao, Z., & Fang, D. (2021). SMP-based multi-stable mechanical metamaterials: from bandgap tuning to wave logic gates. Extreme Mechanics Letters42, 101077.

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

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