자기유체

에 대한 기사
전자기학
전기 자기 역사 교과서
전기 공학 전하 쿨롱의 법칙 지휘자 전하 밀도 허용률 전기 쌍극자 모멘트 전기장 전위 전속/전위 에너지 정전기 방전 가우스의 법칙 유도 절연체 양극화 밀도 정전기 호민가전
자기공명학 암페르의 법칙 비오-사바트 법칙 가우스의 자력 법칙 자기장 자기력선속 자기 쌍극자 모멘트 자기투과성 자기 스칼라 전위 자기화 기전력 자기 벡터 전위 오른손 법칙
전기역학 로렌츠 힘 법칙 전자 유도 패러데이 법칙 렌즈의 법칙 변위 전류 맥스웰 방정식 전자기장 전자기 펄스. 전자기 복사 맥스웰 텐서 포닌팅 벡터 리에나르드-위처트 포텐셜 예피멘코 방정식 에디 전류 런던 방정식 전자기장에 대한 수학적 설명
전기망 교류 캐패시턴스 직류 전류 전기분해 전류 밀도 줄 난방 기전력 임피던스 인덕턴스 옴의 법칙 병렬 회로 저항 공명 충치 직렬 회로 전압 도파관
공변량 공식 전자기 텐서 (에너지 텐서) 사전류 전자기 4전위
과학자들 암페어 비오트 쿨롱 데이비 아인슈타인 패러데이 피조 가우스 질비사이드 핸리다. 헤르츠 줄 렌츠 로렌츠 맥스웰 외스테드 옴 리치 사바트 가수 테슬라 볼타 베버 포아송
v t

다음에 대한 시리즈 일부
연속체 역학
${\displaystyle J=-D{\frac {d\varphi }{dx}}}$ 픽의 확산 법칙
법 컨버지 미사 모멘텀 에너지 불평등 클라우시우스-듀헴 (엔트로피)
고체 역학 변형 탄력성 일직선의 가소성 후크의 법칙 스트레스 유한변형 무한 변형률 호환성. 벤딩 접촉 역학 마찰의 물질적 고장 이론 파단 역학
유체역학 유체 통계학 · 역학 아르키메데스의 원리 · 베르누이의 원리 나비에-스토크스 방정식 푸아세유 방정식 · 파스칼의 법칙 점도 (뉴턴어 · 비뉴턴어) 부력 · 믹싱 · 압력 액체 접착 모세관 작용 크로마토그래피 응집(화학) 표면장력 가스 대기 보일의 법칙 찰스의 법칙 복합가스법 픽의 법칙 게이 루삭의 법칙 그레이엄의 법칙 플라즈마
리히로지 점탄성 레호메트리 레히미터 스마트 유체 전기오류 자기 지질학 페로플루이드
과학자들 베르누이 보일 카우치 찰스 오일러 픽 게이 루삭 그레이엄 훅 뉴턴 나비에르 노울 파스칼 스톡스 트뤼셀
v t

자기유체(MR유체, 또는 MRF)는 운반용 유체의 스마트 유체의 일종으로 보통 오일의 일종이다. 자기장에 노출되면, 유체는 점성이 크게 증가하여, 점성이 점성이 되는 지점이 된다. 중요한 것은 활성("on") 상태일 때 유체의 항복 응력은 자기장 강도를 변화시켜 매우 정확하게 제어할 수 있다는 점이다. 결론은 유체의 힘 전달 능력이 전자석으로 제어될 수 있다는 것이고, 이것은 많은 가능한 제어 기반 용도를 발생시킨다. 물리학에 대한 폭넓은 논의와 MR 액체의 응용은 최근 책에서 찾을 수 있다.^[1]

MR 유체는 입자가 작은 페로유체와 다르다. MR 유체 입자는 주로 마이크로미터 척도에 있으며 브라운 모션이 너무 밀도가 높아 (저밀도 반송파 유체에서) 부유 상태를 유지할 수 없다. 페로플루이드 입자는 주로 브라운 운동으로 매달린 나노입자로 보통 정상 조건에서 정착되지 않는다. 결과적으로, 이 두 액체는 매우 다른 용도를 가지고 있다.

작동 방식

일반적으로 마이크로미터 또는 나노미터 스케일의 구 또는 타원체인 자분은 캐리어 오일 내에서 매달리고 아래와 같이 정상적인 상황에서 서스펜션에 무작위로 분포한다.

그러나 자기장이 적용된 경우(일반적으로 0.1~10µm 범위에서) 미세한 입자가 자속선을 따라 정렬된다(^[2]아래 참조).

물질적 행동

MR 유체의 동작을 이해하고 예측하려면 유체를 수학적으로 모델링할 필요가 있으며, 다양한 재료 특성(예: 항복 응력)으로 인해 약간 복잡한 작업이 필요하다. 위에서 언급한 바와 같이 스마트 액체는 자기장이 없을 때는 점도가 낮지만, 그러한 자기장의 적용으로 준고체가 되는 것이다. MR 유체(및 ER)의 경우, 수율 지점(위쪽의 전단 응력)까지 유체는 실제로 활성("on") 상태일 때 고체에 필적하는 성질을 가정한다. 이 항복 응력(일반적으로 겉보기 항복 응력이라고 함)은 유체에 가해지는 자기장에 따라 달라지지만, 이후 최대점에 도달하게 되며, 그 이후에는 자속 밀도의 증가는 유체가 자성 포화되기 때문에 더 이상의 영향은 없을 것이다. 따라서 MR 유체의 거동은 잘 조사된 재료 모델인 빙엄 플라스틱과 유사한 것으로 간주될 수 있다.

그러나 MR 액체는 빙엄 플라스틱의 특성을 정확히 따르지 않는다. 예를 들어 수율 응력(활성화 또는 "ON" 상태) 이하에서는 유체가 점탄성 물질로 작용하며, 또한 자기장 강도에 의존하는 것으로 알려진 복잡한 계수를 가지고 있다. 또한 MR 유체는 전단 박리 작용이 있는 것으로 알려져 있으며, 이 경우 항복 이상의 점도가 전단율 증가에 따라 감소한다. 더욱이, "꺼짐" 상태일 때 MR 유체의 동작은 뉴턴계가 아니며 온도에 따라 다르지만, 단순한 분석을 위해 유체가 빙엄 플라스틱으로 궁극적으로 고려될 만큼 충분히 차이가 없다.

따라서 전단 모드에서 MR 유체 거동의 모델은 다음과 같이 된다.

${\displaystyle \tau =\tau_{y}(H)+\eta {\frac {dv}{dz},\tau >\tau_{y}}}$

여기서$$$\tau {\displaystyle }$ ${\displaystyle \$$tau$$}$ = 전단 응력,$$ $\tau {\displaystyle {}_{}}$ ${\displaystyle y_{}}$ ${\$ $$= $항복{\displaystyle }$ 응력, H ${\displaystyle H}$ $$= 자기장 강도 $\eta {\displaystyle }$ ${\displaystyle \eta }$ $$= 뉴턴 점성, $d{\displaystyle \frac{}{}}$ ${\displaystyle \frac{v}{}}$ d ${\displaystyle \frac{d}{}}$ z ${\d-방향$의 속도 변화량이다$$.

전단강도

낮은 전단 강도는 제한된 적용 범위의 주요 원인이었다. 외부 압력이 없을 경우 최대 전단 강도는 약 100 kPa이다. 유체가 자기장 방향으로 압축되고 압축응력이 2 MPa일 경우 전단강도는 1100kPa로 상승한다.^[3] 표준 자분 입자를 긴 자분 입자로 대체하면 전단 강도도 향상된다.^[4]

입자 침전

페로파티클은 입자와 그 운반체 액 사이의 고유 밀도 차이로 인해 시간이 지남에 따라 서스펜션 밖으로 안착한다. 이러한 현상이 발생하는 속도와 정도는 MR 장치를 구현하거나 설계할 때 업계에서 고려되는 주요 속성 중 하나이다. 계면활성제는 일반적으로 이러한 효과를 상쇄하기 위해 사용되지만 액체의 자기 포화, 따라서 활성 상태에서 나타나는 최대 항복 응력의 원가로 사용된다.

일반적인 MR 유체 계면활성제

MR 유체는 종종 계면활성제를 포함하지만 이에 국한되지는 않는다.^[5]

• 올레산
• 수산화 테트라메틸아모늄
• 구연산
• 콩 레시틴

이러한 계면활성제는 페로피자가 정착하는 속도를 감소시키는 역할을 하는데, 그 중 높은 비율은 MR 유체의 불리한 특성이다. 이상적인 MR 액체는 결코 안정되지 않을 것이지만, 이 이상적인 액체를 개발하는 것은 물리 법칙에 대한 현재의 이해에 따라 영구 운동 기계를 개발하는 것만큼 매우 가능성이 낮다. 계면활성제 보조 장기 안착은 일반적으로 계면활성제 추가와 구형 강자성 나노입자를 추가하는 두 가지 방법 중 하나로 이루어진다. 나노입자를 추가하면 비침착 나노입자가 브라운 운동으로 인해 더 큰 마이크로미터 크기의 입자가 정착하는 데 방해가 되기 때문에 더 오래 부유하게 된다. 계면활성제를 첨가하면 페로파티클 주위에 마이크로펠이 형성될 수 있다. 계면활성제는 극머리와 비극자 꼬리(또는 그 반대)를 가지고 있는데, 그 중 하나는 페로피사에 흡착되는 반면, 비극자 꼬리(또는 극자머리)는 각각 입자 주위로 반비극 또는 일반 미셀을 형성하면서 반송매체에 돌출한다. 이것은 유효 입자 지름을 증가시킨다. 그러면 steric refusion은 정착된 상태에서 입자의 무거운 응고를 방지하여 유체 리믹스(입자 재분산)가 훨씬 빠르고 더 적은 노력으로 발생하게 한다. 예를 들어 자기장해 댐퍼는 계면활성제 첨가제로 한 사이클 내에 리믹스되지만, 리믹스하지 않으면 리믹스가 거의 불가능하다.

계면활성제는 MR 유체의 정착 속도를 연장하는 데 유용하지만, 유체의 자기 특성(특히, 자기 포화)에도 해롭다는 것을 입증하는데, 이는 일반적으로 사용자가 최대 겉보기 항복 응력을 증가시키기 위해 최대화하고자 하는 매개 변수다. 부동액 첨가제가 나노권 기반이든 계면활성제 기반이든 간에, 그 첨가물은 활성 상태에서 페로파티클의 패킹 밀도를 감소시켜 상태상/활성화된 점도를 감소시킴으로써 최대 표면 항복응력이 낮은 "서까래기" 활성 유체가 된다. 상태 점성(활성 유체의 "강성")도 많은 MR 유체 애플리케이션의 주요 관심사지만, 그것은 상용 및 산업용 애플리케이션 대다수의 주요 유체 특성이며 따라서 상태 점성, 최대 겉보기 수율 스트레스 및 정착 속도를 고려할 때 절충이 충족되어야 한다. MR 유체의

작동 및 적용 모드

MR 오일은 유량 모드, 전단 모드 및 압착 유량 모드 등 세 가지 주요 작동 모드 중 하나에 사용된다. 이러한 모드는 각각 두 고정판 사이의 압력 구배의 결과로 흐르는 유체, 서로 상대적으로 움직이는 두 판 사이의 유체, 그리고 평면에 수직인 방향으로 움직이는 두 판 사이의 유체를 포함한다. 모든 경우에 자기장은 플레이트에 평행한 방향으로 액체를 제한하기 위해 플레이트의 평면에 수직이다.

유량 모드(밸브 모드)

전단 모드

스퀴즈-플로 모드

이러한 다양한 모드의 적용은 매우 많다. 흐름 모드는 자기장이 적용되는 채널을 통해 유체를 강제로 통과시키기 위해 제어되는 이동을 사용하여 댐퍼와 충격 흡수기에 사용할 수 있다. 전단 모드는 회전 운동을 제어해야 하는 위치에서 클러치와 브레이크에 특히 유용하다. 반면에, 스퀴즈-흐름 모드는 작은 밀리미터 순서의 움직임을 제어하지만 큰 힘을 수반하는 어플리케이션에 가장 적합하다. 이 특정 흐름 모드는 지금까지 조사가 가장 적었다. 전체적으로 이 세 가지 작동 모드 사이에 MR 유체는 다양한 용도에 성공적으로 도포될 수 있다. 그러나 여기서 언급할 필요가 있는 몇 가지 제한사항이 존재한다.

제한 사항

스마트 액체는 많은 잠재적 용도가 있는 것으로 보여지지만, 다음과 같은 이유로 상용성이 제한된다.

• 철의 존재로 인해 높은 밀도는 그들을 무겁게 만든다. 다만 운영량이 적어 이것이 문제지만 극복할 수 있는 것은 아니다.
• 고품질의 액체는 비싸다.
• 유체는 장기간 사용 후 두꺼워지기 쉬우므로 교체가 필요하다.
• 페로 입자의 안착은 일부 애플리케이션에서 문제가 될 수 있다.
• 극도로 높음/낮은 온도에서는 작동할 수 없음

상업적 애플리케이션은 언급했듯이 존재하지만, 이러한 문제(특히 비용)가 극복될 때까지 거의 없을 것이다.

2000년대 발전

강자성 입자의 종횡비 변화 효과를 탐구하는 2000년대 후반에 발표된 연구는 기존의 MR 유체보다 몇 가지 개선된 것을 보여주었다. 나노와이어 기반의 액체는 3개월의 기간 동안 질적인 관찰을 한 후에도 침전물을 보이지 않는다. 이러한 관측은 구에 비해 전선의 대칭성이 저하되어 클로즈패킹 밀도가 낮아진 것은 물론, 잔존 자화에 의해 함께 고정된 나노와이어 격자의 구조적으로 지지되는 특성 때문이다.^[6][7] 또한 기존 구체 또는 타원체 기반 유체와는 다른 범위의 입자 하중(일반적으로 부피 또는 중량 분율 중 하나로 측정)을 보여준다. 기존의 상업용 액체는 일반적으로 30~90wt%의 하중을 보이는 반면 나노와이어 기반의 액체는 최대 0.5wt%의 과대하 임계값을 보인다(횡비율에 따라 다름).^[8] 또한 최대 35wt%의 하중을 보인다. 단면비 입자는 엔드 오버 엔드 회전을 시도할 때 입자 간 엉클링뿐만 아니라 입자 제외 볼륨당 더 큰 양을 나타내기 때문에 유체의 높은 오프스테이트 겉보기 점성에 의해 부과되는 한계가 있기 때문이다. 이 하중 범위는 기존의 구체 기반 유체로는 가능하지 않았을 수 있는 새로운 적용이 가능하다는 것을 시사한다.

새로운 연구들은 전형적으로 2~8wt의 구분의 일부가 나노와이어로 대체되는 기존의 구체 기반 유체인 이형 자석학 유체에 초점을 맞추고 있다. 이러한 액체는 기존 액체에 비해 침전률이 훨씬 낮지만 기존 상업용 액체와 유사한 부하 범위를 보여 댐핑과 같은 기존 고강도 용도에 유용하다. 더욱이, 그들은 또한 그러한 입자 대체 양에 걸쳐 10%의 명백한 항복 응력이 개선되는 것을 보여준다.^[9]

자기공학적 유체의 성능을 높이는 또 다른 방법은 유체에 압력을 가하는 것이다. 특히 항복강도 측면에서 특성은 전단모드에서^[10] 최대 10배, 유량모드에서 최대 5배까지 증가시킬 수 있다.^[11] 이러한 행동의 동기는 장 외 연구원이 준유해적 자기-트리버론적 모델에 의해 기술한 바와 같이 강자성 입자 마찰의 증가다. 압력을 가하면 자기궤도 유체의 거동이 강하게 개선되지만, 사용하는 밀봉 시스템의 기계적 저항과 화학적 호환성의 측면에서 특히 주의를 기울여야 한다.

적용들

MR 유체에 대한 애플리케이션 세트는 방대하며, 유체의 역학적으로 발전할 때마다 확장된다.

기계공학

다양한 용도의 자기장해 댐퍼가 개발되어 왔다. 이러한 댐퍼는 주로 중공업에서 사용되며, 중공업에서 주로 사용되며, 중공업에서 사용되며, 건설 차량의 운전자 시트/케이브 댐핑 등의 용도가 있다.

2006년 현재, 재료 과학자와 기계 공학자들은 독립형 내진 댐퍼를 개발하기 위해 협력하고 있다. 이 댐퍼는 건물 내 어디에 위치하더라도 건물의 공진 빈도 내에서 작동하며, 구조물 내에서 해로운 충격파와 진동을 흡수하여 댐퍼는 어떤 건물도 만들 수 있는 능력을 갖게 된다.절지 내진 또는 적어도 내진 내진성.^[12]

군사 및 방위

미 육군 연구소는 현재 MR 유체를 사용하여 방탄복을 강화하는 연구에 자금을 지원하고 있다. 2003년에, 연구원들은 유체 탄환에 내성을 갖게 하는 데 5년에서 10년이 걸릴 것이라고 말했다.^[13] 또한 MHMWV 및 기타 다양한 전지형 차량은 동적 MR 쇼크 업소버 및/또는 댐퍼를 사용한다.

광학

자기유체 기반 광학 연마법인 자기유체학적 마감은 매우 정밀하다는 것이 입증되었다. 그것은 허블 우주 망원경의 수정 렌즈 제작에 사용되었다.

자동차

차량 서스펜션의 쇼크 업소버에 일반 오일이나 가스 대신 자력학적 유체가 채워지고, 두 챔버 사이에 댐핑 유체가 흐를 수 있는 채널이 전자석(전자석)으로 둘러싸인 경우 유체의 점도와 그에 따라 댐퍼의 임계 주파수가 운전자의 프리프(pref)에 따라 달라질 수 있다.에렌스 또는 차량에 의해 운반되는 중량 또는 매우 다른 도로 조건에서 안정성 제어를 제공하기 위해 동적으로 변화할 수 있다. 이것은 사실상 자기공학적 댐퍼다. 예를 들어 MagneRide 액티브 서스펜션 시스템은 조건에 대응하여 밀리초마다 한 번씩 댐핑 계수를 조정할 수 있다. 제너럴모터스(Delphi Corporation과 파트너십을 맺고)는 이 기술을 자동차 용도에 맞게 개발했다. It made its debut in both Cadillac (Seville STS build date on or after 1/15/2002 with RPO F55) as "Magneride" (or "MR") and Chevrolet passenger vehicles (All Corvettes made since 2003 with the F55 option code) as part of the driver selectable "Magnetic Selective Ride Control (MSRC)" system in model year 2003. 예를 들어 아우디와 페라리가 다양한 모델에 MagneRide를 제공하는 등 다른 제조사들도 자사 차량에 사용료를 지불했다.

제너럴모터스(GM)를 비롯한 자동차 회사들은 푸시버튼 4륜 구동 시스템용 자기유체 기반 클러치 시스템 개발을 추진하고 있다. 이 클러치 시스템은 구동렬에 구동축을 잠그는 유체를 굳히기 위해 전자석을 사용한다.

포르쉐는 2010년형 포르쉐 GT3와 GT2에 자력학 엔진 마운트를 도입했다. 높은 엔진 회전 속도에서 자기력학적 엔진 마운트는 파워트레인과 섀시/차체 사이의 상대적인 움직임을 줄여 보다 정밀한 기어박스 시프터 느낌을 제공하도록 더 딱딱해진다.

2007년 9월 현재, 아쿠라(Honda)는 2007 MDX 모델 연도를 위해 제작된 승용차에 MR 기술을 사용하는 것을 강조하는 광고 캠페인을 시작했다.

항공우주

군용 및 상업용 헬리콥터 조종석 좌석에서 충돌 시 안전 장치로 사용하기 위해 자기력 감쇠기가 개발 중이다.^[14][15] 그것들은 승객의 척추에 전달되는 충격을 감소시키기 위해 사용되어 충돌 중 영구적인 부상 비율을 감소시킬 것이다.

인체 보형물

자기공학적 댐퍼는 반능동 인간 의족에 활용된다. 예를 들어, 군용 및 상업용 헬리콥터에 사용되는 것과 마찬가지로, 의족에 댐퍼는 점프할 때 환자 다리에 전달되는 충격을 감소시킨다. 이것은 환자의 이동성과 민첩성을 증가시키는 결과를 낳는다.

참고 항목

• 스마트 유체
• 페로플루이드
• 전기오류
• 리히로지
• 레호메트리

참조

메모들

원천

• R. Tao, Editor(2011). 전기-물리학적 유체와 자기-물리학적 중단: 제12차 국제회의의 진행. 월드 사이언티픽. ISBN 978-9814340229.
• 천린 먀오 등, "연마 중 기계적 화학적 효과의 기초 연구를 위한 자기유체 템플릿", SPIE의 Procedures of SPIE, Vol. 6671 페이지 667110(2007), 추상적 및 전체 텍스트(pdf)
• Stanway, R – Smart Fluids: 현재 및 미래 개발. 재료 과학 기술, 20, pp931–939, 2004
• Jolly, M R; Bender, J W 및 Carlson D J – 상업용 자석유체의 특성 및 응용 SPIE 5차 연례 스마트 구조 및 재료 심포지엄, 1998.

외부 링크

위키미디어 커먼즈에는 자기유체 관련 미디어가 있다.

• 자유롭게 액세스할 수 있는 일부 MRF 기사
• 자기온도액 실험 - 준비 지침
• Howstuffworks.com 액체 보디 갑옷
• Howstuffworks.com 스마트 구조물