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충격 흡수 및 형상 복원 가능 흡음 메타물질
대표 URL https://doi.org/10.1039/D2MH00977C
작성자 관리자 게시일 2023.07.31 조회수 578

싱가포르 국립대학교의 Wei Zhai 교수팀은 헬름홀츠 공명기의 공동 내부에 오그제틱 구조를 도입함으로써 충격 흡수 및 흡음이 가능한 다기능 메타물질 구조를 제안하였다. 헬름홀츠 공명기의 흡음 특성은 헬름홀츠 공명기를 구성하는 병목의 단면적 및 길이, 공동 내부 부피, 내부 매질(공기)의 밀도, 체적탄성계수 및 점도에만 의존하므로 공동 내부의 부피 변화가 크지 않는 한 헬름홀츠 공명기의 흡음 특성은 거의 변하지 않는다. 이러한 점을 토대로 본 연구에서는 헬름홀츠 공명기 및 충격 흡수 구조가 독립적으로 설계되고 결합되어 충격과 음파를 모두 흡수할 수 있는 메타물질 구조가 제안되었다. 해당 메타물질은 3D 프린터를 통해 제작되었고 실험적으로 해당 메타물질이 501 Hz부터 883 Hz까지의 주파수 대역에서 80% 이상의 음파 에너지가 흡수할 수 있음이 확인되었다. 또한 압축 테스트 결과, 해당 메타물질이 압축 사이클링 후 압축 전 대비 98%까지 형상(부피) 복원되는 높은 변형 복원력을 보이는 것이 확인되었다. 그리고 비커, 전구 등과 같이 충격에 약한 대상물을 해당 메타물질 위에 낙하시켰을 때 파손되지 않고 충격이 잘 흡수되는 것도 실험적으로 확인되었다. 제안된 구조는 자동차 또는 항공기 내부 쿠선 내장재와 같은 용도로 활용되어 소음 및 충격을 모두 흡수하는 용도로 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 

 

출처: Li, Z., Li, X., Wang, Z., & Zhai, W. (2023). Multifunctional sound-absorbing and mechanical metamaterials via a decoupled mechanism design approach. Materials Horizons10(1), 75-87.

 

[담당자: 최해진(haejin_choi_1120@kimm.re.kr, 7997)]

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