한여름 뜨겁게 달궈진 '자동차 표면' 스스로 식힌다

김선경 경희대 교수, 금속 냉각하는 '나노구조' 개발
방열판, 냉각시스템 대체 금속으로 활용 전망

김선경 경희대 교수팀이 개발한 열방출을 유도하는 나노구조의 금속판 개념도로, 태양광 에너지를 흡수해 뜨거워진 표면을 열복사를 유도하는 나노구조 금속판이 냉각시켜 준다. 연구재단 제공

한여름 밖에서 강렬한 태양빛에 노출돼 자동차 표면 온도는 대기나 지표면보다 뜨겁다. 금속은 대기나 지표면과 달리 태양광을 흡수한 후, 공기 중으로 다시 열을 방출하지 않는 특성을 지니고 있기 때문이다.

일반적으로 자동차, 건축물, 통신장비 등 야외 금속구조물을 식히기 위해 표면에 방열판을 부착하거나, 강제로 바람을 일으키는 냉각 방식을 적용하고 있다.

이런 가운데 뜨거워진 표면을 저절로 식힐 수 있는 새로운 금속판 구조를 설계하는 데 성공했다.

한국연구재단은 김선경 경희대 교수 연구팀이 추가적인 에너지 없이 열방출을 유도하는 나노구조를 통해 금속표면의 열복사(열방출)를 유도할 수 있다는 사실을 규명했다고 16일 밝혔다.

열을 식히기 위해 두꺼운 방열판을 부착하는 대신 열복사를 돕는 나노구조로 제작한 아주 얇은 금속판으로 냉각할 수 있는 길을 열어 놓은 셈이다.

연구팀은 널리 쓰이는 금속 구리판에 두께 500㎚(나노미터)의 황화아연을 코팅한 뒤 그 위에 정사각형 모양 구리 타일을 입혔다. 이어 황화아연과 금속 타일 사이에 얇은 틈새로 빛이 강하게 모이는 '틈새 플라스몬' 현상이 복사 냉각을 유도하는 원리다.

금속의 빛 흡수율을 도와 열복사율을 향상시킨 것으로, 야외 태양광 노출 실험에서 나노 구조를 적용하지 않은 기존 구리판과 비교해 4도 이상 냉각 효과를 확인했다. 평균 25도인 여름철을 가정한 시뮬레이션에서는 10도 이상의 냉각 효과가 있는 것으로 예측됐다. 뜨거울수록 열복사 에너지가 크기 때문에 여름철 냉각효과도 더 커진다는 게 연구팀의 설명이다.

김선경 경희대 교수는 "추가적인 에너지 투입 없이도 구리, 알루미늄, 은, 백금 등 실제 산업체에서 쓰이는 모든 금속에 나노구조를 도입할 수 있으며, 얇고 신축성이 있어 다양한 모양의 금속 발열체로 활용할 수 있다"고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '나노 레터스(지난달 21일자)'에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr