[POSTECH · 고려대 연구팀, 복사냉각 원리 기반 차세대 투명 냉각 필름 개발]

기계공학과 · 화학공학과 · 전자전기공학과 노준석 교수, 기계공학과 고병수 동문 · 기계공학과 통합과정 노재범 씨 연구팀은 고려대 신소재공학과 이헌 교수, 통합과정 채동우 씨 연구팀과의 공동 연구를 통해 방충망처럼 구멍이 뚫린 구조체를 사용해 태양열을 조절해 내부 온도를 낮추는 투명한 복사냉각 필름을 개발했다. 이번 연구는 재료 분야 국제 학술지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 최근 게재됐다.

물체는 태양빛을 받으면 일반적으로 온도가 올라가지만, 별도의 전력이 없어도 스스로 열을 방출해 온도를 낮추는 기술이 있다. 이를 ‘복사냉각’이라고 한다. 최근에는 이 기술을 유리처럼 투명한 필름에 적용하는 연구가 활발히 진행되고 있지만 태양열이 함께 투과되면서 냉각 효과가 충분하지 않은 한계가 있었다.

이 문제를 해결하기 위해 POSTECH·고려대 공동 연구팀은 구멍 뚫린 은(Ag)으로 된 기판, 브래그 미러(Bragg mirror)와 함께 PDMS(Polydimethylsiloxane) 코팅을 결합하여 복사냉각 성능과 투명도를 동시에 갖춘 필름을 개발하는 데 성공했다.

브래그 미러는 태양열을 많이 흡수하는 근적외선의 빛을 반사하도록 다층 박막 구조로 설계된 거울이다. 또한, 연구팀은 은 기판에 마이크로미터(㎛) 규모의 구멍을 뚫어 방충망처럼 구조를 설계함으로써 일부 빛이 통과하게 하여 시야를 확보했다. 그리고, 대기창^*1 영역에서 원적외선을 방출하기 위해 높은 흡수율을 가진 실리콘 기반의 PDMS 코팅을 사용했다.

구멍 뚫린 은 기판과 브래그 미러, PDMS 코팅층을 겹겹이 쌓아 만든 필름은 뛰어난 냉각 성능과 시야 확보가 동시에 가능했으며, 이 필름을 적용한 유리는 PDMS 코팅 유리보다 22.1°C 더 낮은 온도를 유지했다.

 

연구를 이끈 노준석 교수는 “이 기술은 대량생산이 가능해 실제 산업에 적용할 수 있으며, 건축과 환경 분야에서 큰 잠재력을 지니고 있다”라며, “무엇보다 열을 효과적으로 방출해 에너지 소비를 줄일 수 있어, 지속 가능한 미래를 위한 핵심 기술로서 큰 의미가 있다”라고 전했다.

한편, 이번 연구는 포스코 홀딩스 N.EX.T IMPACT 메타표면 기반 평면광학기술 연구소, 과학기술정보통신부/한국연구재단 선도형 미래기술연구실의 지원을 받아 수행됐다.

DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202410613

1. 대기창(atmospheric window)
특정 파장의 전자기파, 특히 적외선이 대기 중에서 거의 흡수되지 않고 자유롭게 통과할 수 있는 영역

2. Psun
복사냉각기로 전달되는 태양에너지

3. PDMS/OBR-PDMS/OBR-WR-PDMS
PDMS 코팅된 유리 시편, (optimized bragg mirror with PDMS coating, and the full structure comprising optimized bragg mirror, window screen reflector, and PDMS coating)