극저온 환경서 전파 100% 투과하는 메타물질 발열필름 개발

극저온 환경을 모사하는 실험 장치의 개념도(왼쪽)와 금속 메타필름의 극저온 환경 제빙 성능 시험.(경희대 제공)/뉴스1

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 극한의 저온 환경에서 두꺼운 얼음을 순식간에 제거, 자율주행차의 레이더 성능을 유지해주는 신소재 발열필름을 개발했다.

한국연구재단(NRF)은 경희대 김선경 교수 연구팀이 극한 환경에서 전파를 100% 투과하면서도 낮은 전기저항을 나타내는 레이더용 메타물질 발열필름을 설계·제작하고, 제빙 성능을 입증했다고 3일 밝혔다.

메타물질은 자연에서 발견되지 않은 특성을 가지도록 설계된 물질을 말한다.

자율주행차에서 눈 역할을 하는 센서는 크게 라이더(LiDAR)와 레이더(RADAR)가 있다.

이중 레이더는 전파를 발사해 목표물에 맞고 되돌아오는 데이터로 물체의 거리, 속도, 방향 정보를 탐지한다.

레이더에 사용되는 전파인 마이크로파 고유의 높은 투과성 덕분에 악천후에도 강한 장점이 있으나, 레이더 표면에 결빙 또는 서리가 생기면 신호 감쇠로 오작동 확률이 커질 수 있다.

이를 보완하기 위해 레이더 표면에 부착하는 투명 발열필름 기술이 개발되고 있으나, 주로 가시광 영역에서 시야 확보를 목표로 하고 있어 마이크로파 대역에서 동작하는 발열필름 연구가 시급하다.

이에 연구팀은 표면 대부분이 금속 물질로 덮여 있으면서도 레이더 전파가 완전히 투과하는 신소재 필름 개발에 성공했다.

연구팀은 레이더 발열필름 한계를 극복하기 위해 ‘메타물질’을 핵심기술로 활용했다.

또 유전율이 1인 메타물질을 설계, 금속임에도 빛이 이를 공기처럼 느껴 레이더 전파가 100% 투과하는 금속 메타필름을 개발했다.

금속 메타필름 제작 과정을 살펴보면 0.7㎜ 두께의 유리 기판 위에 300nm(나노미터, 1nm=10억 분의 1m) 두께의 구리 필름을 코팅한 뒤, 코팅된 구리 필름에 반도체 공정을 통해 미리 설계된 문양을 새기는 방식이다.

제작한 금속 메타필름은 마치 공기와 같이 행동하면서 전파의 완전 투과를 유도함을 입증했다.

유전율 분석법을 통한 검증에서 세계 최고 수준의 전기저항(0.41 옴/sq)을 기록했고, 영하 20도 이하의 극저온 환경에서도 두꺼운 얼음을 순식간에 제거할 수 있음을 제빙 실험에서 확인했다.

김선경 경희대 교수

김선경 교수는 “금속 메타필름이 극저온 환경에서도 레이더의 정상 동작을 보장함으로써 자율주행의 표준 기술이 될 수 있음을 시사한다”며 “개발한 필름은 겉보기에는 일반 금속과 비슷해 스마트폰과 같이 금속 필름을 사용하면서도 전파 간섭을 억제하는 상황에 응용할 수 있다”고 말했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 나노소재기술개발사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 다학제 과학 분야의 국제저명 학술지 '네이처 커뮤니케이션스' 온라인에 지난 5월 28일 게재됐다.

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