부산대학교는 전자공학과 이길주 교수팀과 한국세라믹기술원(KICET) 김영재 박사팀의 공동 연구로 이전에 연구됐던 복사냉각 구조물의 문제점들을 해결해 현실적으로 상용 가능한 복사냉각 패널을 제작했다고 26일 밝혔다.

'복사냉각' 기술은 추가적인 에너지 소모 없이 온도를 조절하는 기술이다. 환경 및 에너지 문제가 고조되고 있는 현재 주목받고 있는 친환경적 에너지 관리 기술의 하나다.

낮 시간 동안 강한 열원인 태양 복사 에너지 파장의 반사율을 높여 태양열 흡수를 줄이고, 대기의 창 파장 영역에서 방사율을 높여 저온(~ 3K)의 우주 공간으로 물체의 복사열 방출을 극대화해 복사냉각을 구현할 수 있다. 대기의 창(atmospheric window)은 대기 투과율이 높게 나타나는 파장 영역으로, 대략 8~13 μm에 해당한다.

기존에 제시된 복사냉각 구조물은 공정 과정이 복잡하거나 공정 과정에서 크기 변화가 발생해 비효율적이고 대량 생산이 어려워 상용화가 힘들다는 문제점이 있었다.

이에 연구팀은 다공성 산화알루미늄층 사이에 붕규산염 유리층을 끼워 넣은 샌드위치 형태의 '세라믹 스택(stack) '구조에 열을 가함으로써 다공성 층의 빈 공간들로 유리 입자를 침투시켜 각 층을 결속시켰다. 세라믹(ceramic)은 열과 냉각 등으로 굳어진 고체 무기물로 규산염, 알루미나, 산화물 등으로 구성돼 있다.

이렇게 제작된 패널은 물리적 강도가 높아지고, 공정 과정에서의 크기 변화가 비약적으로 줄어들게 된다. 또 패널 기준 양쪽 영역 사이의 단열력이 개선돼 더 효율적인 복사냉각이 가능하며, 태양광이 강한 파장 영역에서의 반사율 또한 높아져 복사냉각을 위한 광학적 특성이 개선된다.

각 단일층은 테이프 캐스팅(tape casting) 공정으로 제작돼 비교적 적은 비용으로 대량 생산이 가능하다는 경제적 장점이 있다. 아울러 복사냉각 패널의 패턴화를 통해 유리창에 적용할 경우 높은 가시성을 유지하는 동시에 복사냉각 효과를 얻을 수 있다.

연구팀은 현실적 환경에서의 먼지·강수 등에 의한 오염이 발생한 샘플에 대해 반사율, 열 전도성 등의 변화가 적음을 확인해 연구 실용성을 더했다.

이번 연구는 부산대 전자공학과 이길주 교수팀과 한국세라믹기술원 김영재 박사 연구팀, 한국과학기술원 정현덕(교신저자) 박사가 공동으로 진행했다. 연구 성과는 국제 저널 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'에 7월 23 일자로 온라인 게재됐다.

연구는 과학기술정보통신부(MSIT)의 한국연구재단(NRF)과 정보통신기획평가원(IITP), 산업통상자원부(MOTIE) 지원으로 진행됐으며 부산대 전자공학과 김민성 석사생, 한국과학기술원 김인수 박사, 한국세라믹기술원 박성진 박사가 공동 저자로 참여했다.