금속과 유전체 사이 근접장 복사열전달량 제어 기술 개발
금속과 유전체 사이 근접장 복사열전달량 제어 기술 개발
  • 이상진
  • 승인 2018.11.15 01:05
  • 조회수 2761
  • 댓글 0
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나노미터 단위의 두 물체 사이에서는 끊임없이 서로 열을 주고받는 현상이 일어난다. 출처:fotolia
나노미터 단위의 두 물체 사이에서는 끊임없이 서로 열을 주고받는 현상이 일어난다. 출처: fotolia

KAIST 기계공학과 이봉재 교수와 이승섭 교수 연구팀이 금속과 유전체 다층구조 사이의 근접장 복사열전달량을 측정하고 제어하는 데 성공했다고 밝혔습니다.

 

연구팀의 복사열전달 제어 기술은 차세대 반도체 패키징과 열광전지, 열관리 시스템 등에 적용 가능합니다. 폐열의 재사용을 통해 에너지 절감 효과도 거둘 것으로 기대되는데요.

 

금속-유전체 다층나노구조의 충전 인자에 따른 복사 열전달량 분석 결과. 출처: KAIST

두 물체 사이의 거리가 나노미터 단위가 될 때 물체 사이의 복사열전달량이 매우 크게 증가하게 되는데요. 그 값이 이론적으로 최대값이라 여겨졌던 흑체 복사열전달량보다 1천배~1만배 이상 커지게 되는 경우가 있는데요. 이런 현상을 근접장 복사열전달이라 부릅니다. 

 

최근 나노 기술의 발전으로 다양한 물질 사이의 근접장 복사열전달 현상을 규명하는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 특히 나노 구조에서 발생하는 표면 폴라리톤 커플링을 이용하면 두 물체 사이의 근접장 복사열전달량을 크게 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 파장에 따른 복사열전달 제어가 가능해진다고 해요. 하지만 현재까지의 연구들은 등방성 물질 사이의 근접장 복사열전달만을 측정하는 데 초점을 맞추고 있었습니다. 

 

근접장 복사열전달 측정 3차원 개념도와 개발한 장치. 출처:KAIST
근접장 복사열전달 측정 3차원 개념도와 연구팀이 개발한 장치. 출처:KAIST

이에 이봉재, 이승섭 공동 연구팀은 커스텀 MEMS 장치 통합플랫폼과 3축 위치 나노제어 시스템을 이용해 금속-유전체 간 다층나노구조의 거리에 따른 근접장 복사열전달량을 최초로 측정하는 데 성공합니다. 나아가 연구팀은 근접장 복사열전달량 측정 결과를 통해 플라즈몬 폴라리톤 커플링으로 전달량을 크게 향상시키고, 열전달의 파장별 제어가 가능함을 증명했습니다.

 

이봉재 교수는 "그동안 실험적으로 규명된 등방성 물질은 근접장 복사열전달의 파장별 제어에 한계가 있었다"며 "이번에 밝혀낸 다층나노구조를 사용한 근접장 복사열전달 제어 기술은 열광전지, 다이오드, 복사냉각 등 다양한 근접장 복사열전달 적용장치 개발의 첫걸음이 될 것으로 기대된다"고 설명했습니다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 <네이처 커뮤니케이션즈> 온라인판에 10월 16일자로 게재됐습니다.


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