적외선 감지 카메라 속이는 마이크로 광학구조 나왔다

김선경 경희대 응용물리학과 교수 연구팀

열적 쾌적성 모사 실험 결과./한국연구재단

국내 연구진이 수직 방향의 열복사를 억제하면서 수평 방향으로만 열복사를 하는 새로운 마이크로 광학구조를 개발했다. 이 기술을 스마트폰 같은 전자기기에 적용하면 이용자가 스마트폰을 장시간 사용해도 뜨거운 열기를 느끼지 않을 수 있고, 국방 분야에 적용하면 기존의 열적외선 감지 카메라를 속이는 새로운 위장 기능으로 활용할 수 있다.

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

복사냉각 기술은 태양열에 의한 건축물과 전자기기의 온도 상승을 억제하기 위해 1970년대부터 연구가 시작된 분야다. 최근에는 태양전지, 디스플레이 등 다양한 분야로 확대되고 있다.

복사냉각 기술의 난제 중 하나는 방향성 제어였다. 모든 방향에 대해 열복사율이 100%인 물체를 ‘흑체’라고 하는데, 흑체를 포함한 모든 사물은 표면에서 전 방향으로 열복사를 방출한다. 특정 방향으로 열복사를 늘리거나 억제하는 기술은 아직까지 구현되지 않고 있다.

김선경 교수 연구팀은 수직 방향의 적외선은 반사하면서 수평 방향의 적외선은 흡수하는 광학구조를 설계했다. 실리콘 기판 위에 특수하게 제작된 지름 10마이크론, 높이 5마이크론의 마이크로 광학구조에 100㎚ 두께의 실리카와 알루미나 산화물을 코팅했다. 이렇게 만들어진 마이크로 광학구조는 전면 열복사는 억제하면서 측면 열복사가 강하게 일어나는 것으로 관측됐다.

열영상 카메라로 이 마이크로 광학구조를 촬영한 결과 수직각도로 촬영한 전면부에서는 어떤 이미지도 관찰되지 않았지만, 회전 각도가 60도 이상이 되면 이미지가 또렷하게 나타났다.

김선경 교수는 “이 기술을 스마트폰 같은 전자기기에 도입하면 이용자의 열적 쾌적성을 유지하는데 도움을 줄 수 있고, 군사 분야에 응용하면 새로운 형태의 적외선 위장 기술이 될 수 있다”고 설명했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’에 지난 5월 18일 게재됐다.

참고자료

ACS Nano, DOI : https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c01184

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