| 류징 연구팀, 액상금속 계열의 기초 현상 및 기계 운동의 변형 메커니즘을 발견 | ||
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 최근, 연구원 류징(刘静)이 이끄는 중국과학원 이화기술연구소와 칭화대학의 공동연구팀은 이미 파악한 핵심 기술 성과를 기반으로 다시 한번 독특한 시리즈의 액상 금속 기초 효과, 과학적 현상 및 가변형 기계 운동 형태를 발견함으로써 새로운 액상금속 유연성 지능형 기계의 연구 개발과 응용에 이론 및 기술적 토대를 마련하였다. Small 학술지에 발표된 논문 《자가 구동 액체 금속 모터 군집 충돌 및 융합 행위 기반의 전이 상태 기계》(Transient state machine enabled from the colliding and coalescence of a swarm of autonomously running liquid metal motors, DOI: 10.1002/smll.201501364, 2015)에서 연구팀은 새로운 기계 형태의 과도 상태 기계를 처음으로 정의하고 입증하였고 관련 논문은 저널의 표지 기사로 선정되었다. 이에 앞서 연구팀은 “바이오닉 자율 구동 액상금속 연체동물” (Zhang et al., Advanced Materials, 27: 2648, 2015, 표지 기사) 및 “금속 미세액적의 무채널 방식 제조 원리”(Yu et al., Advanced Engineering Materials, 16: 255, 2014, 표지 기사)를 처음으로 발견하였다. 상술한 이중 메커니즘의 결합을 통하여 연구팀은 주입 방식으로 많은 양의 사방으로 뛰어다니는 액체 금속 모터 군집을 순간적으로 제조할 수 있다는 것을 우연히 발견하였다. 또한, NaOH 용액 환경에서의 액적 기계는 충돌, 흡인, 융합, 반등, 순열 조합 등 일련의 다양한 물리학적 전경과 재미있는 행위를 보여주며 수요에 따라 형태, 사이즈, 속도가 다양한 기계 구조 사이에서 상호 변환을 진행한다. 이러한 발견은 자율 조립과 분신형 연체 기계 및 주입식 마이크로 의료기기, 약물 운반 등 연구 제작에 중요한 계시를 제공하였다. Applied Physics Letters 학술지에 발표된 논문 《자가 구동 마이크로 액상금속 모터 운동의 자기 함정 효과》(Magnetic trap effect to restrict motion of self-powered tiny liquid metal motors, 107: 071904, 2015)에서 연구팀은 일정한 세기의 자기장은 직경이 1mm 이하의 액적 모터 군집을 스텔스 주변에서 충분히 반등 되어 되돌아올 수 있게 할 수 있다는 것을 발견하였다(그림2). 또한, 로렌츠(Lorentz) 힘의 작용으로 하여 액적 표면의 전하가 많을수록 자기 함정 효과가 더욱 강하다. 이러한 발견은 액상금속 모터 행위를 제어하는 중요한 경로를 제시하였다. Proceedings of the Royal Society A 학술지에 발표된 논문 《용액 중 액체 금속 구형 혹은 연못형 물체의 전자기 회전 운동》(Electromagnetic rotation of liquid metal sphere or pool object inside solution, 471: 0150177, 2015)에서 연구팀은 결합 추가 자기장과 전기장은 용액에서 단일 금속 액적의 원심분리 회전 제어를 구현할 수 있다는 것을 발견하였으며 관련 연구는 학술지의 표지 기사로 선정되었다(그림3). 해당 액상금속 전동기는 유연성 회전 기계, 광전자 칩 냉각, 액상금속 펌프, 재료 배합 설비 등의 영역에서 중요한 용도가 있다. Science Bulletin 학술지에 발표된 시리즈 연구(60: 1203, 2015；60: 943, 2015, 표지 기사；60: 648, 2015)에서 연구팀은 액체 금속 모터의 자가 구동 매크로 브라운(Brownian) 운동 현상 및 고체-액체 계면 접촉 수소 생성 메커니즘, 궤도에서 운행하는 액상금속 차량 사이의 협동 운동과 이음매 없는 연결 행위(그림5), 금속 액적 접촉 융합과정에서의 동적 변형 스프링과 탄사 현상(그림6) 등을 잇달아 제안하고 이중의 표면 장력파, 전기 이중 층 효과 등 제어 요소를 밝혀냈다. 전통적 의미에서 강체 재료로 만들어진 운동 기계는 물론, 자연계의 생명체는 모두 자동 융합 혹은 분리 능력을 갖추지 못하였다. 자동 조립이 가능하고 임의로 변형할 수 있는 액상금속 유연성 기계는 이러한 문제에 대해 새로운 돌파구를 열었고 이는 향후의 지능형 재료, 유연성 혈관 로봇 설계, 유체 역학과 연성 물질 연구에 대해 중요한 계시를 주고 있다. 관련 발견은 복잡한 유체 및 액체 금속 재료에 대한 사람들의 전통적 인식을 뚜렷하게 확장하는 동시에 금속 액적 모터의 생성, 제어, 3D 프린팅은 물론 유체 특성의 묘사에 기본적인 도구를 제공하였다. 정보출처 : http://www.bjb.cas.cn/kytd/kjdt/201509/t20150909_4422387.html |
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