초록 ▼

□ 연구개요
형상기억합금은 가소성 거동과 같은 지능형 거동을 바탕으로 우주, 항공 및 의학 등 다양한 분야에서 스마트 응용 장치 개발을 위한 대상으로 연구되고 있다. 그러나 현재의 연구 양상은 현상적인 실험데이터에 의존하는 부분적 해석 및 설계에 그치고 있으며 특히, 지능재료 물성 설계 기술의 부재로 스마트 응용 장치의 성능 향상 및 응용 분야 확장에 어려움을 겪고 있다.
본 연구에서는 기계적 응력 및 외부 온도 변화에 대한 재료 내부의 상변화 및 결정구조 변화에 대한 원리를 이해하고, 이를 바탕으로 지능재료의 지능형 물

□ 연구개요
형상기억합금은 가소성 거동과 같은 지능형 거동을 바탕으로 우주, 항공 및 의학 등 다양한 분야에서 스마트 응용 장치 개발을 위한 대상으로 연구되고 있다. 그러나 현재의 연구 양상은 현상적인 실험데이터에 의존하는 부분적 해석 및 설계에 그치고 있으며 특히, 지능재료 물성 설계 기술의 부재로 스마트 응용 장치의 성능 향상 및 응용 분야 확장에 어려움을 겪고 있다.
본 연구에서는 기계적 응력 및 외부 온도 변화에 대한 재료 내부의 상변화 및 결정구조 변화에 대한 원리를 이해하고, 이를 바탕으로 지능재료의 지능형 물성설계 기술을 개발하고자 했다. 이를 위해 응력 및 온도 변화에 대한 지능형 물성변화를 예측 가능한 다중물리 해석 기술을 개발하였다. 또한 원하는 지능형 물성을 갖기 위한 재료의 조성 정보 등을 제시할 수 있는 설계 기술을 개발하여 지능재료 기반의 응용 장치의 설계 정확성과 효율성 향상을 동시에 확보하고자 하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
1차년도 연구목표는 형상기억합금의 지능형 거동 해석을 위한 다중물리-다중성분 해석 모델 개발이다. 형상기억합금의 가소성 거동 및 회복과 같은 지능형 거동은 외부 응력장과 온도장에 따라 변화하는 재료 내부의 복잡한 상변화, 결정구조 변화와 밀접한 관련이 있다. 이러한 복잡한 상변화 및 결정구조 변화를 해석하기 위해 상변화에 해석 및 복수의 물리현상을 한 시스템 내에서 고려하는 것에 강점을 보이는 phase-field model을 사용하여 형상기억합금의 내부 상변화 및 결정구조를 해석할 수 있는 모델을 개발하였다. 이를 통해 응력장의 영향과 온도장의 복합적인 영향을 동시에 고려하며 다중에 상을 표현 가능한 다중물리-다중성분 해석 모델 개발을 완료하였다.
2차년도 연구목표는 외부 응력-온도 변화 및 형상기억합금의 내부 조성 변화에 따른 지능형 거동 분석으로, 개발된 다중물리-다중성분 해석 모델을 이용하여 형상기억합금의 지능형 물성 변화 양상을 해석 및 분석하였다. 다양한 외부 조건, 즉 형상기억합금에 가해지는 응력장 및 온도장이 변화할 경우 형상기억합금 내부의 상변화 및 결정구조의 변화 양상을 파악하고 이들 변화에 따라 형상기억합금의 지능형 거동이 어떻게 달라지는지 분석하였다. 또한 형상기억합금 재료 내부의 조성이 달라질 경우 이들 외부 조건 변화에 대해 지능형 거동이 어떠한 양상을 보이는지 해석을 통해 분석하였다.
3차년도 연구목표는 개발된 다중물리-다중성분 해석 모델에 기반을 둔 형상기억합금의 물성 설계 기술 확립으로 이를 위해 다양한 외부 조건, 즉 형상기억합금에 가해지는 응력장 및 온도장의 변화, 그리고 재료 내부의 조성에 따른 지능형 거동의 변화를 분석한 결과를 실험데이터와 비교하여 검증하고 데이터베이스화하였다. 지능재료 기반 장치의 요구 물성을 파악하고 구축된 데이터베이스를 토대로 이를 만족하기 위한 지능재료의 조성 정보를 제공하고, 반대로 원하는 지능형 물성을 갖도록 재료를 설계하는 것도 가능해졌다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
다양한 영향인자에 대한 형상기억합금의 복잡한 지능형 거동을 분석할 수 있고, 더 나아가 이들 결과를 바탕으로 필요한 지능형 거동을 얻기 위한 지능재료 설계방안을 역으로 제시할 수 있다면 지능재료 기반 장치의 설계 정확도를 비약적으로 발전시키고 그 응용 분야를 확장하는데 매우 큰 기여를 할 수 있다.
본 연구에서 제안하는 다중물리-다중성분 모델 기반 지능재료 설계 기술은 ①지능형 거동에 대한 영향인자를 복합적으로 고려하여 분석하는 것을 가능하게 하고, ② 이를 바탕으로 원하는 지능형 물성을 갖도록 지능재료를 설계할 수 있는 독창적이며 중요한 원천기술을 확보하는 것이 가능하다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1.1) 최종목표 ... 4
• 1.2) 연구의 필요성 ... 4
• 1.3) 연구범위 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 2.1) 연차별 연구목표 및 연구내용 ... 5
• 2.2) 연구 방법 ... 10
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 11
• 3.1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 11
• 3.2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3.3) 목표 달성 수준 ... 11
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 13
• 6. 참고문헌 ... 14
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 15
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 17
• 끝페이지 ... 33