산화철 나노 입자 사슬을 이용한 프랙탈 구조 자기 액추에이터의 거동 제어

Abstract

자성 액추에이터의 경우 자기장을 이용해 원격으로 제어가 가능하단 장점이 있으며, 고분자 복합체에 자성 입자를 혼합하여 자성 액추에이터를 제작할 경우 유연성 또한 이점으로 가질 수 있다. 본 연구에서는 수십 나노 크기의 산화철(Fe3O4) 입자가 프랙탈 구조의 실리콘 탄성체 내부에 사슬형태로 배열되도록 제작하고, 자기장의 세기에 따른 탄성체의 회전 각도를 측정하였다. 그리고 탄성체의 변형을 일으키는 힘들의 평형 관계식 유도를 통해 자기장과 회전 각도 간의 관계를 수식으로 정리하고, 자성 액추에이터의 크기, 자성 입자 함량 등에 따른 거동 차이를 알아보았다. 그 결과, 수식으로 산출한 이론적 거동과 실험으로 확인한 실제 거동을 그래프로 나타내어 비교하였을 때 유사한 경향을 보임을 확인하였다. 또한 미소자기 전산모사를 활용하여 사슬과 자기장의 각도에 따른 총 에너지를 비교함으로써 사슬이 회전하게 되는 근거에 대해 에너지의 측면에서 분석하였다. 따라서 이 연구는 탄성체를 이용한 새로운 형태의 자성 액추에이터의 활용에 대한 가능성을 제시함에 있어 그 의의를 갖는다.

In the case of a magnetic actuator, it is advantageous in that it can be remotely controlled by using a magnetic field, and flexibility can also be an advantage when a magnetic actuator is manufactured by mixing magnetic particles in a polymer composite. In this study, we fabricated tens of nano-sized iron oxide (Fe3O4) particles to be arranged in a chain shape inside a silicone elastic body of fractal structure and measure the rotation angle of the actuator according to the magnetic field strength. And the relationship between the magnetic field and the rotation angle is summarized by inducing the equilibrium relation of the forces that cause the deformation of the elastic body, then the difference in behavior due to the size of the actuator, and concentration of the magnetic particle was examined. As a result, it is confirmed that there is a similar tendency between the theoretical behavior graph and the experimental result. In addition, micromagnetic simulation was used to compare the total energy of the chain and the magnetic field to analyze the basis of the rotation of the chain in terms of energy. Therefore, this study has significance in suggesting the possibility of using a new type of magnetic actuator using elastic body.