ER (Electrorheological)유체란 비전도성 용매에 강한 전도성 입자를 분산시킨 콜로이드 용액으로, 그 역학적인 특성이 인가하는 전기장에 따라 가역 변화하는 유체의 총칭이다. 즉, 전기장을 인가하지 않았을 때는 비전도성 용매 중에 분산된 입자가 자유로이 운동을 하는 뉴토니안 유체의 거동을 나타내지만, 전기장 인가시 대전된 전도성의 입자가 전극에 수직하게 체인형 구조를 형성하여 유체의 흐름에 저항하는 항복응력을 갖는 빙햄(Bingham)유체의 거동을 나타낸다. 이러한 ER 유체의 거동은 19세기말 Duff와 Quinke에 의해 최초로 관찰되었으며, 1949년 Winslow 유체라고도 불리고 있다.
<Willis M. Winslow>
ER 유체의 특성을 파악하기 위한 방법은 미시적 방법과 거시적인 방법으로 구분할 수 있다. 미시적인 방법은 전기장 부하에 따른 입자내의 전하 특성 변화와, 분극화 현상, 입자의 거동을 연구하는 것이며 거시적인 방법은 실제 전기장에 따른 유체의 전단응력, 전단속도비, 점도 등의 역학적 특성을 연구하는 것이다.
ER 유체는 전기장 무부하시 유체에 분산된 입자가 자유운동을 하여 등방성(isotropic)의 특성을 보이지만, 전기장을 ER 유체에 가하면 유체 중에 분산된 입자가 유도분극을 일으켜 전극을 향하는 다수의 섬유상 조직을 형성함으로써 이방성(anisotropic)의 거동을 갖게 되어 유체의 유동이나 외부에서 가해지는 전단력에 대하여 저항을 나타낸다. 아래 그림은 ER 유체의 거동을 마이크로 구조 모델로 도시한 것이다. 앞에서 설명한 것과 같이 전기장 무부하시 입자들이 등방성을 나타내지만 전기장 부하시 전기장 방향과 평행한 이방성의 성질을 나타낸다. 이때 발생하는 입자들의 결합력이 외부에서 가해지는 전단력에 대해 저항력을 갖게 되어 유체의 유동을 제한하게 된다.
<전기장 인가에 따른 ER 유체의 변형>
2. ER 유체 연구분야
본 연구실에서는 ER 유체에 대한 연구 및, 이를 이용한 다양한 응용장치의 설계, 제작 및 이를 이용한 시스템의 위치제어, 진동제어등의 연구를 활발하게 수행하고 있다.
