광학 벤치와 같은 우주 응용 분야에서는 치수 정확성과 구조적 안정성이 매우 중요합니다. 본 연구는 기계적 무결성을 유지하면서 위성 구조물의 비열화를 달성하기 위해 열팽창 계수(CTE)를 조절할 수 있는 메타물질을 탐구합니다.
이 메타물질은 인바(Invar)와 인코넬 718(Inconel 718)로 구성된 삼각형 단위 셀로 이루어져 있으며, 이중 금속 레이저 기반 분말 베드 융합(PBF-LB) 방식으로 제작되었습니다. 딜라토미터 및 디지털 이미지 상관관계(DIC)를 통한 실험 측정은 유한 요소 해석(FEM) 시뮬레이션 결과와 잘 일…
메타물질은 전자기파를 정밀하게 조작하여 빔 조향, 센싱, 스텔스 기술 등 다양한 응용 분야에 활용되지만, 반복적인 전파 시뮬레이션과 연속적인 전자기 제약 조건 하에서의 제어 가능한 생성의 어려움, 그리고 역매핑의 비고유성으로 인해 역설계에 많은 어려움이 따릅니다. 본 연구는 이러한 문제들을 해결하고자 연속적인 스펙트럼 제약 조건 하에서 제어 가능하고 물리적으로 일관된 메타물질 합성을 위한 생성적 역설계 프레임워크를 제안합니다.
제안하는 접근 방식은 연속적인 스펙트럼 및 제작 제약 조건의 안정적인 전파를 위해 FiLM 기반 컨디셔닝…
기존 재료로는 불가능한 뛰어난 기계적 특성을 가진 경량 소재를 구현하기 위해, 메타물질은 독특한 구조 패턴을 활용합니다. 기존 메타물질은 주로 결정질 격자 구조에서 영감을 받아 견고한 기계적 특성을 보이는 경향이 있습니다. 본 연구에서는 고분자 네트워크의 핵심 구성 요소가 수행하는 기계적 역할을 모방하여 변형 및 강화 메커니즘을 프로그래밍한 고분자 모방 메타물질(PIMs)을 제안합니다.
메타물질의 프로그래밍 가능성과 고분자 모방 구조를 결합하여, PIMs에 가교, 원시 결정질 질서, 얽힘을 설계했습니다. 이를 통해 고분자의 가교 …
무선 통신 및 레이더 시스템과 같은 동적 환경에서는 광대역 조절 가능한 전자기파 흡수 재료가 필수적입니다. 그러나 기존 흡수체는 좁은 대역폭과 고정된 형상으로 인해 한계가 있었습니다. 본 연구는 계층적 다공성 탄소 지지 고엔트로피 세라믹과 형상 기억 엘라스토머로 구성된 4D 프린팅 피라미드형 메타물질을 제안합니다.
이 메타물질은 거시적 공동 공명과 미시적 결함 유도 분극의 시너지를 통해 14.16 GHz의 흡수 대역폭(90% 이상 흡수)을 달성했으며, 이는 벌크 재료 대비 98.88% 향상된 수치입니다. 또한, 120°C의 온화한…
고성능 재활용 에너지 흡수 소재는 산업 응용 분야에서 큰 잠재력을 가지지만, 높은 성능과 재활용성을 동시에 달성하는 것은 상충되는 특성으로 인해 오랜 난제였습니다. 본 연구는 이러한 문제를 해결하고자 고체-액체 이중 상태 기계적 메타물질을 제안합니다.
이 메타물질은 액체 금속이 고체 상태일 때 견고한 기계적 특성을 보이며, 소성 변형을 통해 높은 에너지 흡수 성능을 발휘합니다. 가열에 의한 고체-액체 상전이를 통해 변형된 상태가 초기 상태로 완전히 회복되어 재활용성을 보장합니다. 이 메타물질은 적층 제조된 속이 빈 탄성 격자 구조…
적층 제조된 기계적 메타물질은 뛰어난 물리적 및 기계적 성능을 보이지만, 경량성, 강도, 에너지 흡수 간의 균형을 맞추는 것은 여전히 어려운 과제입니다. 본 연구에서는 경량 메타물질을 적층 제조하기 위한 재료-구조-기능 통합 전략을 개발했습니다.
특히, 이질적인 결정립을 가진 강하면서도 연성 있는 알루미늄(Al) 합금을 개발하여 땃쥐에서 영감을 받은 손상 저항성 메타물질을 제작했습니다. 미세 규모 강화와 중간 규모의 구조적 응력 조절 간의 시너지 효과는 다단계 에너지 소산을 위한 재료 이질성과 구조적 계층을 효과적으로 연결하는 교…
기계적 메타물질은 다양한 공학 분야에 응용 가능성이 높지만, 여러 기계적 특성을 동시에 통합하는 데 어려움이 있었습니다. 특히, 인장 및 압축 하에서 시너지적인 압축-비틀림 및 역학적 반응을 동시에 구현하는 것은 복잡한 과제로 남아있었습니다.
본 연구는 사전 비틀림(pre-torsion) 설계 전략을 도입하여 이러한 한계를 극복했습니다. 튜블러 메타물질에 사전 비틀림을 적용함으로써, 인장 및 압축 조건 모두에서 압축-비틀림 결합 반응과 역학적 거동을 동시에 발현할 수 있도록 했습니다.
이러한 다중 효과 통합은 기계적 메타물질의 …
튜블러 종이접기 구조에서 영감을 받은 메타물질 및 메타구조는 기하학, 주름 역학, 자극 반응 물리 현상의 결합을 통해 독특한 기계적, 기능적 특성을 제공합니다. 이는 높은 공간 효율성, 전개 및 재구성 가능성, 복잡한 형상으로의 통합 능력, 강성 및 강도 조절, 구성적 프로그래밍, 변형 모드 결합, 높은 비에너지 흡수, 다중 안정성, 그리고 프로그래밍 가능한 동적 거동을 포함합니다. 이러한 특성들은 기계, 로봇 공학, 우주, 전자 장치, 통신, 생체의학 및 건축 분야에서 다양하게 응용될 수 있습니다.
지난 10년간 복잡한 주름 구…