이번 주 금요일은 식물들이 자라고 녹음을 더하는 등 여름이라는 계절 속으로 들어가는 ‘소만’이다. 여름 한 낮에 외부에 잠깐만 주차하더라도 자동차 속은 찜통을 방불케 할 정도로 뜨겁다. 외부 온도가 30도라면 차 안은 80도를 넘는 때도 많아 종종 차 안에 놔둔 탄산음료가 터지거나 라이터가 폭발해 불이 났다는 소식을 심심찮게 들을 수 있다.

이처럼 여름 한 낮 자동차 내부 온도가 급격히 높아지는 것은 금속은 태양광을 흡수한 다음 공기 중으로 다시 열을 방출하지 못하기 때문이다. 이 때문에 차 안 온도를 높이지 않기 위해 소형 환풍기를 사용하거나 햇빛을 반사할 수 있는 플라스틱이나 천으로 만들어진 방열판을 사용하기도 한다.

국내 연구진이 외부 에너지를 사용하지 않고 금속도 스스로 열을 방출할 수 있는 방법을 찾아냈다.

경희대 응용물리학과 연구팀은 에너지 공급 없이 재료의 나노구조를 바꿔 금속표면의 열복사를 유도할 수 있다고 16일 밝혔다. 이번 연구결과는 나노 과학 분야 국제학술지 ‘나노 레터스’에 실렸다.

금속의 온도를 낮추기 위해서 쓰는 두꺼운 방열판은 열의 흡수를 줄이는 방식인데 이번에 개발한 기술은 열복사를 돕는 나노구조를 돕는 얇은 금속판으로 금속 자체가 냉각되도록 했다는데 차이가 있다.

이를 위해 연구팀은 널리 사용되는 금속인 구리판에 500나노미터(㎚) 두께의 황화아연을 코팅하고 그 위에 정사각형 모양의 구리타일을 붙이는 방식의 틈새 플라스몬 구조를 제작했다. 틈새 플라스몬은 금속판 위에 얇은 유전체를 코팅한 뒤 정사각형의 금속타일을 얹으면 틈새의 유전체 영역에 빛이 강하게 모이는 현상으로 금속이 열을 방출하는 ‘흑체’(black body)처럼 행동하도록 해 금속 표면에서 강한 열복사를 일으켜 스스로 냉각시키도록 하는 것이다.연구팀은 이번 기술을 이용해 평균대기온도 0도인 겨울철 야외 태양광 노출실험에서 나노구조가 적용되지 않은 구리판에 비해 4도 이상 냉각효과를 확인했으며 평균대기온도 25도인 여름철을 가정해 시뮬레이션했을 때 10도 이상 냉각효과가 예측됐다. 연구팀에 따르면 외부 온도가 뜨거울수록 열복사 에너지도 커지기 때문에 여름철 냉각효과가 더 커진다. 더군다나 기존 전도나 대류를 이용하는 냉각방식과는 달리 소형화할 수 있고 추가적인 외부에너지도 필요로 하지 않는다는 장점이 있다.

김선경 경희대 교수는 “복사냉각은 기존의 열전달 방식과 독립적으로 작용하고 외부의 전력공급이 필요없으며 초소형, 초경량 방열 시스템형태로 제작 가능하다”라며 “이번에 개발한 나노구조 복사냉각기술은 구리, 알루미늄, 은, 백금 등 산업체에서 쓰는 모든 금속에 적용이 가능하고 얇고 신축성이 있어 다양한 모양의 금속 발열체에 부착할 수 있다”고 설명했다.

유용하 기자 edmondy@seoul.co.kr