딜레이턴트 유체(dilatant fluid)는 비뉴턴 유체 중 하나로, 전단 속도가 증가할수록 점도가 증가하는 특성을 가진 유체를 말합니다. 이는 일상적으로 우리가 접하는 뉴턴 유체(예: 물, 기름 등)와는 다른 거동을 보입니다. 뉴턴 유체는 전단 속도와 무관하게 일정한 점도를 가지지만, 딜레이턴트 유체는 전단 속도가 높아질수록 점도가 커지므로 더 큰 저항을 나타냅니다.
딜레이턴트 유체의 특징
1. 전단 농후화:
o 전단 농후화(shear thickening) 현상을 보입니다. 이는 전단 속도가 증가할 때 점도가 증가하는 현상으로, 유체의 분자 구조가 전단력에 반응하여 일시적으로 더 견고해지기 때문입니다.
2. 입자 상호작용:
o 딜레이턴트 유체는 종종 입자가 분산된 현탁액 형태를 띠며, 전단력이 증가함에 따라 입자들 사이의 상호작용이 강해져 점도가 증가합니다.
3. 응용 예:
o 딜레이턴트 유체의 이러한 특성은 방탄복, 운동화, 신발 밑창, 고성능 스포츠 장비 등 충격 흡수가 중요한 분야에서 활용됩니다. 예를 들어, 전단 농후화 유체를 이용한 방탄복은 느린 움직임에서는 유연하지만, 총알과 같은 빠른 충격에는 단단해져 보호 효과를 높일 수 있습니다.
대표적인 딜레이턴트 유체
• 옥수수 전분과 물 혼합물: 흔히 "옥수수 전분 슬러리" 또는 "오블렉"이라고 불리는 혼합물은 딜레이턴트 유체의 대표적인 예입니다. 이 혼합물은 천천히 움직일 때는 액체처럼 흐르지만, 빠르게 충격을 가하면 고체처럼 단단해집니다.
• 폴리머 솔루션: 특정 고분자 용액은 전단 속도가 증가함에 따라 분자 사슬이 얽히고 뭉치며 점도가 증가하는 딜레이턴트 특성을 보일 수 있습니다.
딜레이턴트 유체의 원리
딜레이턴트 유체의 거동을 이해하기 위해서는 입자 간 상호작용과 유동 메커니즘을 고려해야 합니다. 전단 속도가 증가할 때 입자들이 보다 밀집되고, 그 결과 유체의 전체적인 저항이 증가하게 됩니다. 이는 다음과 같은 요인들로 인해 발생합니다:
• 입자 재배열: 전단력 하에서 입자들이 재배열되고, 입자 간의 간격이 줄어들며 상호작용이 강해집니다.
• 구조적 변형: 입자들이 새로운 구조를 형성하여 외부 힘에 저항하게 됩니다.
이러한 특성 때문에 딜레이턴트 유체는 다양한 산업 및 연구 분야에서 큰 관심을 받고 있으며, 새로운 소재 개발 및 응용 가능성을 탐구하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다.