In this study, a smart material applicable to speed bumps was developed using low-cost starch and water-based suspensions, and their properties were investigated. Viscosity and shear stress according to the shear rate was measured by a rheometer to observe shear thickening behavior according to starch concentration. The shear thickening phenomenon and applicability to speed bumps were identified macroscopically via drop weight test and bike driving test, measuring the vibration after impact with a driving speed of 5-25 km/h. As a result of the viscosity measurement, shear thickening occurred after the shear thinning region at the beginning, and the critical strain causing the shear thickening phenomenon decreased as the concentration of starch increased. Also, the viscosity and shear stress increased significantly with the increase of the starch concentration. As a result of the drop weight test and the bike driving test, the suspension was changed to a solid-like state in a short time, and the impact energy was absorbed in the fluid. The shear thickening phenomenon easily occurred as the concentration of the fluid and the applied impact (velocity) increased. Therefore, it can be proposed the development of a smart speed bump material that operates in the range of 5-25 km/h with a Non-Newtonian fluid based on water and starch

본 연구에서는 저가 재료인 전분과 물 기반의 현탁액을 이용하여 과속방지턱에 응용 가능한 스마트 소재를 개발하고 물성을 평가하였다. 유변물성측정기를 이용하여 전단율에 따른 점도 및 전단력을 측정하여 전분 농도별 전단농화 발생 현상을 확인하였다. 물체의 낙하 시험과 5-25 km/h의 주행 속도로 충격 후 진동을 측정한 자전거 주행 시험을 통해 거시적인 전단농화현상을 확인하였고, 과속방지턱의 적용 가능성을 확인하였다. 점도 측정 결과, 초기에 전단담화 구간에 이어 전단농화가 발생하였고, 전단농화 현상을 유발하는 임계 변형률은 농도가 증가함에 따라 감소하였다. 또한 전분 농도 증가에 따라 점도와 전단력이 크게 증가하였다. 낙하시험과 자전거 주행시험 결과 현탁액이 단시간에 고체 상태로 바뀌었고 충격 에너지가 유체에 흡수되었다. 유체의 농도와 가하는 충격(속도)이 증가할수록 전단농화현상이 쉽게 발생하였다. 최종적으로 물과 전분 기반의 비뉴턴 유체로 5-25 km/h 범위에서 구동하는 스마트 과속방지턱 재료의 개발을 제안하였다

Keywords: 현탁액(Suspension), 비뉴턴 유체(Non-Newtonian fluid), 전단농화(Shear thickening), 충격(Impact)