경희대 연구팀, 열 방출 유도 나노 구조 금속판 제작

국내 연구진이 열을 방출할 수 있도록 돕는 나노 구조의 아주 얇은 금속판을 개발해 주목된다. 방열판, 냉각팬을 사라지게 하는 등 금속 냉각 방식에 혁신을 일으킬 수 있을 지 관심을 끌고 있다.

한국연구재단은 경희대학교 김선경 응용물리학과 교수팀이 에너지를 소모하지 않으면서 열 방출을 유도하는 나노 구조를 통해 금속 표면의 열복사를 유도할 수 있다는 사실을 밝혀냈다고 16일 밝혔다.

두꺼운 방열판으로 열을 옮기는 대신 열 복사를 돕는 나노 구조를 도입한 아주 얇은 금속판으로 금속 자체가 냉각되도록 한다는 원리다. 연구팀은 겨울철(평균대기 섭씨 0도) 야외 태양광 노출 실험에서 이같은 얇은 금속판을 제작해 실험한 결과 나노구조가 적용이 안 된 기존 구리판과 비교해 약4도 이상의 냉각 효과를 확인했다.

평균 온도 25도의 여름철을 가정해 시뮬레이션을 해보니 10도 이상의 냉각 효과가 예측됐다. 뜨거울수록 열복사 에너지가 크기 때문에 여름철엔 냉각 효과가 더 크기 때문이다.

연구팀은 널리 쓰이는 금속인 구리판에 두께 500나노미터(nm)의 황화아연을 코팅하고, 그 위에 정사각형 모양의 구리 타일을 도입하는 방식으로 '틈새 플라스몬' 구조를 제작했다. 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 '흑체(열 복사율 100%의 이상적인 물체)'와 같이 행동하도록 도와 금속 표면에서도 강한 열복사가 나타나도록 한다.

방열판이나 냉각팬 등 기존의 냉각 방식들이 소형화가 어렵고 별도의 에너지가 필요한 반면, 이 원리를 동원하면 자동차, 건축물, 통신장비, 태양열 발전판 등의 냉각 방식에 일대 혁신이 가능할 전망이다.

연구팀은 "이 기술은 구리, 알루미늄, 은, 백금 등 산업체에서 쓰이는 모든 금속에 적용 가능하고, 얇고 신축성이 있어 다양한 모양의 금속 발열체에 부착할 수 있다"고 설명했다.

한편, 이 연구 결과는 나노과학 분야 국제학술지 '나노레터스(Nano Letters)'에 최근 게재됐다.