레오메트리와 레올로지란 무엇일까요?

TA Blog Team
January 31, 2022

연구원이 요구르트의 질감을 최적화하거나 접착제의 경화를 연구할 때, 레오메트리를 통해 재료를 이해하고 그 거동을 파악할 수 있습니다. 레오메트리는 힘이 가해질 때 재료나 액체가 겪는 변형의 정도를 측정합니다. 변형력과 변형률, 전단거동의 조합은 재료 변형에 대한 과학인 레올로지의 기초를 구축합니다.

레오메트리 실험을 통해 소재의 리올로지를 연구하는 것은 재료 특성 분석 과정의 핵심적인 부분입니다. 특히 유체의 경우 샘플의 레올로지를 파악하고 예측하는 것은 매우 복잡한 일입니다. 많은 경우 샘플의 거동은 가해진 힘의 정도에 따라 달라집니다. 즉, 이러한 속성을 안정적으로 예측하기란 너무나 어렵기 때문에 대부분 레오메트리를 사용하여 샘플의 레올로지를 측정해야 합니다.1

측정 

레오메트리를 측정할 때는 레오미터를 사용합니다. 음향 확장 레오미터에서 원추 및 플레이트 전단 레오미터에 이르기까지, 레오메트리의 유형에 따라 다양한 디자인의 레오미터가 사용됩니다.

레오미터는 샘플에 힘을 가하며, 그 결과 발생하는 응력이나 변형률은 변환기나 변위 센서와 같은 센서 장치를 사용하여 측정합니다. 일부 레오미터는 컴퓨터와 연결하여 측정된 힘에 대한 변형력 및 변형률 계수의 계산을 자동화함으로써 보다 간단하게 레오메트리를 분석하기도 합니다.

레오메트리는 일반적으로 재료의 점도나 점탄성을 측정합니다. 점도는 내부 마찰에 의한 유동 저항을 측정하며, 입자 크기와 같은 시스템의 미시적 특성에 따라 달라집니다.2

점탄성은 변형력에 대응하는 재료 특성을 측정합니다. 순수한 탄성 재료의 경우 하중이 가해진 후 에너지 소실이 없지만, 점탄성 재료의 경우 재료의 변형에 의한 변형력-변형 거동 과정에서 약간의 이력현상이 발생합니다. 이러한 모든 특성은 레오메트리 연구의 핵심적인 요소입니다.

응용

폴리머 및 연질 물질에 대한 재료 시험은 레오메트리가 가장 많이 활용되는 응용 분야 중 하나입니다. 레오메트리 측정은 많은 생산 공정의 일부로서 품질 관리에 사용됩니다. 바람직하지 않은 점탄성 거동이 발생할 경우 재료의 성능이 저하되고 불안정해지기가 쉽기 때문입니다. 레오메트리는 식품 업종을 비롯한 산업계에서도 널리 사용되고 있습니다. 이러한 분야에서는 점탄성과 같은 측정 매개변수를 사용하여 저장 수명과 열기계적 분해 거동을 평가할 수 있습니다.

TA Instruments 

TA Instruments는 레오메트리 기기의 세계적인 전문업체로서 디스커버리 하이브리드 레오미터, ARES-G2를 비롯한 최고급 레오미터 라인을 생산하고 있습니다.3

디스커버리 하이브리드 레오미터는 레오메트리용 다목적 플랫폼으로 설계되었습니다. 하나의 싱글헤드 하이브리드 장치에 TA Instruments 특허의 첨단 드랙 컵 모터, 마그네틱 베어링, 재균형력 트랜스듀서, 참값 위치 센서가 모두 갖춰져 있습니다. 즉, 이 장치 하나로 직접적인 변형력 및 변형률 제어를 측정할 수 있음은 물론 일반 힘도 측정할 수 있습니다. 다양한 액세서리를 활용할 수 있는 디스커버리 하이브리드 레오미터는 자동 감지 및 장치 식별이 가능한 Smart SWAP 시스템과 함께 제공되어 측정을 간소화할 수 있습니다.

ARES-G2는 TA Instruments의 최첨단 회전식 레오미터로, 타 제품을 크게 능가하는 데이터 정확도와 변형률 및 변형력 제어 기능으로 레올로지 측정에 있어 업계 표준으로 인정받고 있습니다. ARES-G2는 연구 및 재료 개발에 있어 고평가받는 유명한 도구가 되었습니다. ARES-G2는 상업화된 레오메트리 장비 중 유일하게 독립적 전단 응력 및 수직 응력 측정을 수행할 수 있는 장비로서, ARES-G2가 없다면 다양한 시험 유형의 전용 액츄에이터를 사용해야 합니다.

ARES-G2 레오미터는 다양한 유형의 레오메트리 측정을 활용하거나 다양한 샘플 유형의 작업으로 여러 산업과 연구에 사용되는 TA Instruments의 Smart SWAP 기술도 활용합니다. 뿐만 아니라, 정확도가 매우 높은 이 레오미터는 고급 푸리에 변환 레올로지 분석 및 큰 변위 진동 전단 평가가 가능한 소프트웨어 분석 패키지로 한층 강화됐습니다.

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참조 :

  1.  Hou, Y. Y., & Kassim, H. O. (2005). Instrument techniques for rheometry. Review of scientific instruments, 76(10), 101101. 
  2.  Snoeijer, J. H., Pandey, A., Herrada, M. A., & Eggers, J. (2020). The relationship between viscoelasticity and elasticity. Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 476, 20200419. 
  3.  TA Instruments (2021), Rheometer, https://www.tainstruments.com/products/rheology/discovery-hybrid-rheometers//, accessed January 2022 

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