• 기계저널
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• 제44권6호
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• pp.34-39
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• 2004

형상기억합금(SMA : Shape Memory Alloy)은 일반적인 금속이나 합금에서는 찾아볼 수 없는 형상기억효과(shape memory effect)와 초탄성 (superelasticity) 거동을 보이고 있다. 이러한 특성은 1951년에 금-카드뮴(Au-Cd) 합금에서 처음으로 발견되었으며, 1963년에 미국 해군병기연구소(Naval Ordnance Laboratory)에서 니켈-티타늄 (Ni-Ti) 합금에서 형상기억효과를 발견한 후로 널리 상용화되었다. 니티놀(nitinol)이라고 불려지는 니켈-티타늄 계열의 형상기억합금은 단위 부피당 많은 에너지를 낼 수 있고, 내 부식성(corrosion resistance)과 생화학적 적합성(bio-compatibility)이 뛰어나다. 또한 100,000사이클 이상의 긴 사용수명을 갖기 때문에 작동기(actuator)로서 우수한 특징을 갖는다. (중략)

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2012년도 춘계학술발표대회
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• pp.106.2-106.2
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• 2012

Ti-Ni합금은 CsCl구조의 B2상, monoclinic 구조의 B19'(M)상과 rhombohedral 구조의 R상(R)이 나타난다고 알려져 있고, 이들 상의 변태에 의해 열탄성 마르텐사이트와 응력유기 마르텐사이트에 의한 형상기억효과와 초탄성 효과를 가지고 있다. 또한 Ti-Ni 합금은 우수한 형상기억특성을 가질 뿐만 아니라 생체적합성, 가공성 및 내식성 등이 뛰어나 공업분야 및 생체분야에서 폭 넓게 활용되고 있다. Ti-Ni합금의 형상기억특성은 냉간가공 후 어닐링 처리의 온도와 시간에 따른 matrix 내 Ni의 농도, 석출물의 밀도와 크기, 전위밀도와 전위주위의 응력장에 의해 영향을 받는다고 알려져 있다. 본 연구에서는 Ti-Ni합금의 형상기억 특성 및 변태온도에 미치는 영향을 조사하기 위해 다양한 냉간가공률의 시료를 제작하여 다양한 온도에서 Annealing 처리를 하여 냉간가공률 및 Annealing 온도가 형상기억특성에 미치는 영향을 조사하였다. Ti-50.4 at.% Ni 합금은 진공 아크 용해로에서 용해 하였으며, 용해된 Ingot는 열간단조 및 열간 압출한 후 냉간 인발과 중간온도에서 어닐링을 반복하면서 직경 0.5mm의 선재로 만들었다. 최종적으로 제작한 선재의 냉간가공률은 9.5%, 18.2%, 34.5%, 45% 이었다. 각 시편은 5X10-5torr의 진공으로 석영관에 진공 봉입하여 각각 673K, 723K, 783K에서 1hr 열처리 하였다. 합금의 형상기억특성과 변태온도는 DSC에 의해 조사되었다. DSC 측정 결과, 냉간가공률이 증가함에 따라 마르텐사이트 변태 온도는 감소하였고, 어닐링 온도가 증가함에 따라 마르텐사이트 변태 온도는 증가하였다. 또한 가공률이 증가하여도 R상 변태온도는 큰 변화가 없었고, Annealing온도가 증가함에 따라 R상 변태온도는 감소하였다. 또한, 형상기억특성은 인장시험기를 이용한 정하중 열싸이클 테스트를 이용하여 평가 하였다. 냉간 가공률이 증가함에 따라 안정한 형상기억특성을 나타내었다.

• 한국재료학회:학술대회논문집
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• 한국재료학회 2010년도 춘계학술발표대회
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• pp.7-7
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• 2010

형상기억합금은 합금이 갖는 형상기억효과 및 초탄성효과 때문에 학문적으로 공업적으로 큰 흥미를 끌어왔다. 형상 기억효과는 Au-Cd 합금과 Cu-Zn 합금에서 최초로 발견되었지만 당시에는 크게 주목을 받지 못하였다. 그 후 1962년 Ti-Ni 합금에서 형상기억효과가 발견된 이래로 크게 주목을 받게 되었고, 곧바로 상용화를 위한 노력이 이어져 리벳, 열엔진, 커플링, 회로차단기 등에 적용이 시도되었다. 현재까지 약 300여종에 이르는 형상기억합금이 개발되어 있지만 형상기억효과의 안정성, 우수성, 내식성, 가공성, 내피로성, 내마모성이 우수한 Ti-Ni 합금이 가장 실용화에 적합한 합금으로 인식되고 있다. Ti-Ni합금은 1960년대에 개발되었지만 의료분야에 적용되기 시작한 것은 1980년대이고, 그 후 미국의 FDA가 Ti-Ni 합금으로 제조된 몇몇 3급(Class III) 임플란트를 인증하면서 시장규모도 폭발적으로 증가하고 있다. 일본의 경우 1980년대 초부터 Ti-Ni 합금을 치과용 임플란트로써 사용하여 왔, 독일, 중국, 러시아도 1980년대부터 임상에 적용해 왔다. 우리나라는 2004년 식약청(식품의약안정청)으로부터 제조 및 판매가 허가되어 현재 실제 임상에 적용되고 있다. 이와 같이 Ti-Ni 합금이 의료용 금속재료로서 널리 쓰이게 된 가장 근본적인 이유는 말할 나위 없이 합금이 갖는 형상기억효과 및 초탄성효과 때문이다. 본 강연에서는 Ti-Ni 합금을 의료용 금속재료의 입장에서 재조명해보고, 본 합금이 의료용 금속재료로서 어떠한 장점이 있으며, 그러한 장점을 의료분야에서 어떻게 응용하고 있는가에 대해 소개하고자 한다. 또한 의료용 Ti-Ni 합금에서 향후 개선되어야 할 요소에 대해서도 논의하고자 한다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
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• pp.343-346
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• 2010

형상기억합금이 삽입된 복합체는 힌지나 추가적 작동기 없이 그 자체로서 지능 구조의 역할을 할 수 있어 많은 분야에서 활발히 연구되고 있다. 본 논문에서는 형상기억합금(Shape Memory Alloy) 선이 삽입된 $\cap$자형 복합재를 제안하고, 형상기억합금과 모재가 정해진 경우의 곡률 변화에 영향을 주는 주요 설계 변수를 복합재의 너비, 두께, 형상기억합금의 편심률을 설계변수로 가정하고 유한요소 해석과 패널 제작 및 실험을 통해 검증한다. 먼저 라고다스(Lagoudas)모델을 형상기억합금의 구성방정식으로 이용한 유한요소해석모델을 구성하여 수치해석을 수행하고, 11 종류의 형상기억합금 선이 삽입된 유리섬유강화복합재(Glass Fiber Reinforced Plastic) 패널을 제작하여 열하중에 따른 곡률변화를 관찰한다. 해석결과와 실험결과의 비교를 통해 해석모델의 타당성을 검증하며, 해석을 통해 각 설계 변수들의 곡률변화에 대한 영향을 파악한다.

• 감성과학
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• 제14권1호
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• pp.117-126
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• 2011

이 연구는 감성의류용 형상기억 메모리직물의 제조 방법과 물성을 조사하기 위해 저온열처리와 정장열처리 가연법을 폴리프로필렌 POY와 SDY에 각각 적용하고 이들 사를 사용하여 PP형상기억메모리 직물을 air-jet직기에서 제조하였다. 물성비교를 위해서 PET와 PTT형상기억메모리 직물도 같이 제직하여 4가지 형상기억 메모리 직물시료를 만들고 이들의 여러 가지 물성을 측정 비료분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다. PP형상기억 메모리 직물에 사용하기 위해 저온가연법과 정장열처리법에 의해 만든 PP가연사의 물성은 절단강 신도가제직성에 문제가 없는 값을 가졌으며 특히 열수축율이 습열은 1.5% 이하 건열은 3~5% 범위를 가짐으로써 PTT의 5~8%의 높은 열수축율에 비해 열적 안정성을 가졌다. PP형상기억 메모리 소재의 변형된 형태를 유지하는 소성적 성능 특성 평가법인 Toray 방추성 평가는 PP소재가 PTT와 같은 5급을 나타냄으로써 우수한 변형 유지특성을 보였다. 또한 PP형상기억 메모리소재의 보온성은 PTT소재보다 약 56% 향상된 결과를 보였으며 스프레이법에 의한 발수성은 PTT소재에 발수처리한 소재와 동일하게 5급의 우수한 발수성을 보였다. 그리고 PP형상기억 메모리소재의 형상기억 특성을 평가 할 목적으로 3D 이미지 방법과 카메라 측정결과 PTT소재와 비슷한 형상기억 특성을 보임을 확인 할 수 있었다.

• 한국항공우주학회지
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• 제33권11호
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• pp.1-6
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• 2005

본 연구에서는 형상기억합금 작동기의 열-기계적 특성과 구조물의 응용을 살펴보았다. Lagoudas 모델을 기본으로 3-D 형상기억합금의 구성방정식을 FORTRAN으로 해석 알고리즘을 만들어 user material(UMAT) subroutine을 개발하였다. 개발된 형상기억합금 해석 UMAT subroutine을 상용 프로그램 ABAQUS와 연계 해석하여 형상기억합금 작동기와 주 구조물간의 상호 특성을 수치적으로 살펴보았다.

• 한국항공우주학회지
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• 제34권1호
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• pp.56-64
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• 2006

본 논문에서는 전도성 형상기억폴리우레탄 (CSMPU)의 개발과 응용 방법이 연구되었다. 일반적인 형상기억폴리우레탄이 외부 열원에 의해 작동되어 온 반면에, 2004년에 소개된 전도성 형상기억폴리우레탄은 전력에 의해 작동되었다. 전도성 형상기억폴리우레탄 작동기는 일반적인 형상기억폴리우레탄에 카본 나노 튜브를 첨가함으로써 제작되었다. 2004년 연구에서 제작된 전도성 형상기억폴리우레탄이 지닌 핵심 문제점은 카본 나노 튜브의 낮은 분산도였다. 이 논문에서는 분산 문제 해결을 시도하였으며, 일련의 정교한 작업을 통해 향상된 전기적 특성을 지닌 전도성 형상기억폴리우레탄 작동기를 개발하였다. 그리고 개발된 전도성 형상기억폴리우레탄 작동기의 작동 성능을 측정 및 평가하였으며, 초소형비행체 조종면의 제어 실험을 통하여 응용 가능성을 검토하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제45권12호
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• pp.1007-1012
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• 2017

본 연구에서는 우주 안테나 설계용 형상기억 폴리머 시편의 전개 시험을 수행하였다. Poly(cyclooctene)을 dicumyl peroxide를 이용하여 가교시켜 PCO 형상기억 폴리머를 제조하고, 이를 이용하여 지름이 120 mm인 전개형 안테나의 축소 모델을 제작하였다. 전개 성능 시험을 위하여 원형 형태의 형상기억 폴리머 시편을 반으로 접어 임시 형상을 만든 후 두 개의 히터로 형상기억 폴리머의 유리 전이 온도보다 $15^{\circ}C$ 높은 온도로 시편을 가열하였다. 먼저 시편을 수평 설치하여 전개 실험을 수행하였다. 시편의 전개 영상을 디지털 카메라를 사용하여 촬영한 후 트래커 프로그램을 이용하여 분석하였다. 중력의 효과를 최소화하기 위하여 수직 설치하여 다시 실험을 수행하였다. 두 실험의 결과를 비교하여 형상기억 폴리머 시편의 전개 성능을 고찰하였다.

• Composites Research
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• 제31권6호
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• pp.347-354
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• 2018

형상기억고분자 복합재료는 가볍고, 변형률이 크며, 좋은 가공성과 비용적인 측면에서의 장점으로 우주환경에서 사용되는 전개형 안테나 재료로의 활용이 검토되고 있다. 본 연구에서는 탄소나노튜브를 보강재로 하여 물성이 향상된 형상기억고분자 복합재료를 제조하고, 이를 사용하여 전개형 안테나를 제작하였다. 탄소나노튜브를 형상기억고분자 기지재 안에 분산시키기 위해 다양한 방법이 사용되었고 물성적인 측면에서 우수한 분산 방법을 탐색하였다. 이렇게 제조된 형상기억고분자 복합재료의 형상기억거동을 평가하였고 형상기억고분자 복합재료 안테나의 전개 거동을 분석하였다.

• 한국항공우주학회지
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• 제38권2호
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• pp.129-134
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• 2010

변형률-속도에 따른 형상기억합금의 열-기계적 특성 변화를 수치적으로 살펴보았다. 변형률 효과를 고려한 형상기억합금 수학 모델을 유도하였고, 해석 알고리즘을 ABAQUS 상용 프로그램에 적용하여 형상기억합금의 열-기계적 특성을 예측하였다. 마르텐사이트 상 변화량과 온도 변화사이의 연성된 열역학적 방정식을 적용하여, 변형률-속도에 따른 형상기억합금의 거동 특성을 살펴보았다. 변형률 효과를 고려함에 따라 형상기억합금의 의탄성 이력 특성이 크게 영향을 받음을 수치해석 결과를 통하여 알 수 있었다.