경희대 김선경 교수, 복사 냉각 기술 개발
금속 표면에 틈새 플라즈몬 구조로 열 방출
한국연구재단은 경희대 응용물리학과 김선경 교수팀이 추가적인 에너지 없이도 냉각시킬 수 있는 복사 냉각 기술을 개발했다고 16일 밝혔다. 이 기술은 금속 표면에 나노구조 소재를 코팅해 열방출을 도와 태양전지나 발광다이오드 같은 광전자 소자에 적용할 수 있다고 연구진은 말했다.
야외 태양광에 노출된 금속 냉각 실험에서 나노구조가 적용된 구리판을 기존 구리판과 비교한 결과 약 4도 이상 차이가 났다. 김선경 교수는 "여름철을 가정해 시뮬레이션 한 결과 10도 이상의 냉각 효과가 예측됐다"고 말했다. 뜨거울수록 방출하는 열 에너지가 크기 때문에 여름철 냉각효과가 더 클 것이라는 설명이다.
김 교수는 "이 복사 냉각 기술이 구리, 알루미늄, 은, 백금 등 산업체에서 쓰이는 모든 금속에 적용 가능하고, 얇고 신축성이 있어 다양한 모양의 금속 발열체에 부착할 수 있다"고 설명했다.
금속 판 위에 얇은 유전체를 코팅하고 그 위에 정사각형의 금속 타일을 얹으면 틈새의 유전체 영역에 빛이 강하게 모이는 틈새 플라스몬 현상이 나타난다. 이러한 틈새 플라스몬은 금속이 열을 흡수하도록 도와 금속 표면에서 강한 열방출이 나타나도록 한 것이다.
기존 방열판이나 공기 냉각방식처럼 소형화가 어렵고 추가적인 에너지를 필요로 하는 부분을 해결할 수 있는 열쇠가 될 것으로 전망된다.
연구진은 향후 동일한 복사냉각 기능을 갖는 나노입자를 대량으로 합성하고, 이를 스프레이 방식으로 넓은 면적을 코팅할 수 있는 기술을 개발할 계획이다.
이번 연구의 성과는 최근 나노과학 분야 국제학술지 '나노레터스(Nano Letters)'에 게재됐다.
monarch@fnnews.com 김만기 기자
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