MR (Magnetorheological)유체는 자기장 부하 시 유체 흐름의 저항이 증가하는 MR 효과를 가진 유체로 Jacob Rabinow가 최초로 발견, 개발하였으며, Winslow의 ER 효과와 유사한 현상을 보인다. MR 유체는 낮은 투자율(permeability)의 용매에 상자성(paramagnetic)입자를 분산시킨 유체로, 자기장 무부하 시에는 입자가 자유롭게 운동하는 뉴토니안(Newtonian) 유체와 같은 거동을 보이지만 자기장 부하 시에는 입자가 대전되어 체인 구조를 형성하여 항복응력을 갖는 빙햄(Bingham)유체의 거동을 보인다.
MR 유체의 자기장에 따른 항복응력의 연속적 변화는 댐퍼, 밸브, 마운트, 클러치, 브레이크 등 폭 넓은 응용장치에 적용될 수 있으며, 이러한 응용장치는 MR 유체 자체의 성능에 크게 영향을 받는다. 따라서 MR 유체의 거동을 규명하는 것이 매우 중요하다. MR유체의 거동을 규명하는 방법 중 하나로, 현미경 관찰을 통해 자기장 부하에 따른 입자들의 움직임을 고려하는 방법이 있다. 현재까지 확실하게 정립된 이론은 없으나, 현미경 관찰 방법에 의하면 아래 그림과 같이 자기장 무 부하 시에는 유체에 분산된 입자가 자유운동을 하여 등방성(Isotropic)의 성질을 보이지만 자기장을 부하하면 유체내의 입자가 유도자극을 일으켜 자극을 향하는 다수의 조직을 형성함으로써 이방성(Anisotropic)의 거동을 갖게 되어 유체의 유동이나 외부에서 가해지는 전단력에 대하여 저항을 나타낸다는 이론이 제시되고 있다.
MR 유체의 유동 특성은 자극과 유체의 상대운동에 따라 세 가지 형태로 분류할 수 있다. 첫 번째 형태는 전단모드(shear mode) 혹은 회전 전단모드(rotational shear mode)로, 평행한 두 개의 평판 중 한쪽의 자극은 고정되어 있고 다른 한쪽이 회전이나 이동을 하는 형태이다. 클러치 및 브레이크 시스템이 이러한 형태의 거동을 하게 된다. 두 번째 형태는 고정된 자극 사이로 유체가 이동하는 유동모드(flow mode)이다. 이 형태는 댐퍼, 밸브, 마운트 등 유체가 흐르는 관내에 유체의 압력 변화와 유량 변화가 동시에 일어나는 형태이다. 마지막 세 번째 형태는 유체의 유동과 전극의 움직임이 수직 방향으로 일어나는 압착모드(squeeze mode)이다. 이 형태는 전극과 유체의 유동은 매우 적게 일어나지만 엔진마운트, 스마트 구조물 등에 응용하기 위한 연구가 수행되고 있다.
<자기장 인가에 따른 MR 유체의 변형>
• MR 유체 연구분야
본 연구실에서는 MR 유체에 대한 연구 및, 이를 이용한 다양한 응용장치의 설계, 제작 및 이를 이용한 시스템의 위치제어, 진동제어등의 연구를 활발하게 수행하고 있다.
