카이랄 구조의 탄성파 억제 규명
생활 진동·소음 저감효과 이어
기계·건축·토목 등도 활용 기대
POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환)은 기계공학과·화학공학과 노준석 교수·기계공학과 통합과정 박정훈 씨, 기계공학과 이안나 교수 연구팀이 카이랄 구조를 이용해 저주파 진동을 ‘싹’ 잡아내는 방법을 개발했다고 22일 밝혔다.
POSTECH에 따르면 거울상 대칭구조라고도 불리는 카이랄 구조는 왼손과 오른손처럼 거울로 보면 대칭구조를 이루고 있지만 겹치지 않는 독특한 특성을 지닌다.
진동·소음 저감 시스템 개발뿐만 아니라 기계·건축 분야에 활용될 수 있는 이 연구성과는 국제 학술지 ‘커뮤니케이션즈 피직스(Communications Physics)’에 최근 게재됐다.
구조물의 탄성파는 다양한 파동으로 나타나기 때문에, 이때 생기는 모든 진동을 억제하는 연구는 거의 이뤄지지 않았다. 자연에 존재하지 않는 특성을 지닌 ‘메타물질’로 진동을 줄이고자 한 기존의 연구 역시 한 종류의 진동에만 초점이 맞춰졌다. 이러한 시스템은 초기에 의도하지 않았던 진동이 퍼질 때 오히려 그 진동을 증폭할 수 있다는 위험도 있었다.
탄성파는 탄성 매질 내에서 매질의 교란 상태 변화로 인해 에너지가 전달되는 파동으로, 그 예로는 음파, 수면파, 지진파 등이 있으며 역학적인 파동이라고도 한다.
연구팀은 특정 주파수대에서 퍼지는 모든 종류의 진동을 막는 데 성공했다. 카이랄 구조를 이용해 낮은 주파수에서 완전 밴드 갭(Band Gap)2)을 구현, 어떠한 진동이든 효과적으로 줄일 수 있는 메커니즘을 개발한 것이다.
밴드 갭(Band Gap)은 반도체와 절연체에서, 가전자대와 전도대 간에 있는 전자상태 밀도가 제로가 되는 에너지 영역. 탄성 구조에서는 탄성파가 통과하지 못하는 주파수 구역을 뜻한다.
노준석 교수는 “나노미터(nm, 10억분의 1m) 크기에서 연구된 메타물질의 활용 범위를 일상에서 사용할 수 있는 크기로 확장했다는 데 의의가 있다”며 “향후 자동차나 항공기와 같은 기계 구조물, 건축물이나 토목 등 다양한 분야에 적용할 수 있을 것”이라고 말했다.
이율동 기자
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