광음향 효과를 이용한 멋대로 분포된 기공의 정량적 평가

Abstract

멋대로 비균질화된 이상 물질에서의 광음향 효과를 Rosencwaig - Gersho Model 에 겉보기 이론을 도입하여 정량적으로 기술하였다. 또, 초소성 변형 (superplastic deformation)으로 내부 기공이 발생한 재료를 기공을 filler상으로 하는 2상 복합물질로( two phase composite material) 가정하고, Maxwell Garnet Approximation을 적용하여 내부 기공의 체적비에 따르는 열전도도와 광음향 신호의 변화를 계산하고 측정 비교하였다. 초소성 금속 재료에서의( Al-6.OCu-0.5Zr, Al-2.3Li-1.3Cu ) 광음향 신호는 인장 축의 파단면으로 갈수록 즉, 시편의 국부적인 늘림이 증가하여 내부기공의 양이 증가할수록 광음향 신호가 증가한다. 이것은 내부기공이 초소성 재료의 겉보기 열전도도와 체적 열용량을 감소 감소시켜 광음향효과의 증가에 기여하기 때문이다. 이러한 초소성 재료에서 광음향 신호의 변화를 MGA을 이용하여 내부 기공에 의한 겉보기 열전도도의 변화로 해석하여, 재료 내부의 기공의 체적비를 계산하여 광학적인 측정 결과와 비교함으로서, 기공를 포함하는 초소성 재료의 열전도도가, 멋대로 비균질화된 이상물질 ( randomly inhomogeneous two phase composite materials)의 특성을 나타냄을 광음향 신호의 변화로 확인하였다. 이상의 결과로서, 전통적인 기공 측정 방법 ( optical microscopy, SEM, density measurement, quantitative image analysis)등에서는 필수 불가결한 시험 전처리 과정에서 나타나는 시편의 변형과 국부적인 측정 한계가 개선된 광음향 방식의 기공 측정 방법을 제시하였으며, 이는 일반적인 복합 물질에서의 광음향 현상을 이용하여 내부 물성을 측정하는데 효율적으로 이용될 수 있다.