두꺼운 얼음도 순식간에 제거…전기저항 세계 최고 수준 자율차 발열필름 개발

금속 메타필름의 극저온 환경 제빙 성능 시험 비교도. 금속 메타필름은 10초 이내 완전한 결빙 제거가, 일반 발열필름은 90초 이후에도 부분적 결빙이 관찰되고 있다. 김선경 교수 제공

극한의 저온 환경에서 두꺼운 얼음을 순식간에 제거해 자율주행차 레이더 성능을 그대로 유지시키는 신소재 발열필름이 개발됐다.

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

자율주행차에서 레이더는 전파를 발사해 목표물에 맞고 되돌아오는 데이터로 물체의 거리, 속도, 방향 정보를 탐지한다. 레이더에 사용되는 전파인 마이크로파 고유의 높은 투과성 덕분에 악천후에도 강한 장점이 있지만 레이더 표면에 결빙 또는 서리가 생기면 신호 감쇠로 오작동 확률이 커질 수 있다.

연구팀은 레이더 전파가 완전히 투과하는 신소재 필름 개발을 위해 메타물질을 핵심기술로 활용했다. 유전율이 1인 메타물질을 설계, 금속임에도 빛이 이를 공기처럼 느껴 레이더 전파가 100% 투과하는 금속 메타필름을 개발했다.

메타필름은 0.7㎜ 두께의 유리기판 위에 300나노미터(㎚) 두께의 구리 필름을 코팅한 뒤 코팅된 구리 필름에 반도체 공정을 통해 미리 설계된 문양을 새기는 방식이다.

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

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

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

이번 연구성과는 다학제 과학 분야 국제 저명 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈' 온라인에 지난달 28일 게재됐다.

이인희 기자 leeih@etnews.com