한국연구재단, 선택적 열복사 강화 마이크로 광학구조 개발 성공

[충청뉴스 이성현 기자] 수직 방향의 열복사는 억제하면서 수평 방향의 열복사를 강화하는 마이크로 광학구조 기술이 소개됐다.

한국연구재단은 경희대 김선경 교수 연구팀이 사물의 복사광을 특정 방향으로만 방출하는 마이크로 광학구조를 설계·제작하고, 실험을 통해 효과를 증명했다고 28일 밝혔다.

태양열에 의한 건축물의 온도 상승을 억제하기 위해 1970년대부터 시작된 복사냉각 기술 연구는 최근 태양전지, 디스플레이 등 광전자 소자 및 기능성 의류 개발 등 다양한 분야로 확산되었다.

그러나 흑체(모든 방향에 대한 열복사율 100% 물체)를 포함한 모든 사물은 표면에서 전 방향으로 열복사를 방출하기 때문에 특정 방향의 열복사를 강화하거나 억제하는 방향성 제어는 아직 해결하지 못한 열역학 분야의 난제로 꼽힌다.

연구팀은 수직 방향의 적외선은 반사하면서 수평 방향의 적외선을 흡수하는 광학구조를 설계했다. 구체적으로 실리콘 기판 위에 특수하게 제작된 지름 10 마이크론, 높이 5 마이크론의 마이크로 광학구조에 100 nm 두께의 실리카와 알루미나 산화물을 코팅했다.

연구팀은 마이크로 광학구조의 열복사 방출각에 따른 스펙트럼을 측정한 실험에서 전면 열복사는 억제되면서 측면 열복사가 강하게 관측되는 파장 영역이 코팅 산화물로 사용한 실리카와 알루미나의 분자 진동의 파장 영역과 일치함을 확인했다.

또 열영상 카메라를 회전하면서 마이크로 광학구조를 촬영한 결과 수직각도로 촬영한 전면부에서는 어떠한 이미지도 관찰되지 않았지만, 회전 각도가 60도 이상 되면 마이크로 광학구조의 이미지가 또렷이 나타남을 확인했다.

이는 개발한 마이크로 광학구조가 측면 방향으로만 열복사 에너지를 방출함을 보여주는 결과로 시야각에 의존하는 열복사 위장 기술이 실현됐음을 알 수 있다는 설명이다.

김선경 교수는 “개발된 기술을 활용해 안면 모사 구조의 열적 쾌적성을 시험한 결과 기존 흑체보다 3도 이상의 냉각 효과를 보여 연구의 실용적 가치를 입증했다”며 “이를 야외에서 사용하는 전자회로 및 전원모듈 등에 적용하면 장시간 태양광 노출에 따른 효율 저하 현상 억제 등 다양한 응용이 기대된다”고 말다.