이번 연구를 수행한 김봉훈 DGIST 교수 연구팀.[DGIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 대구경북과학기술원(DGIST) 로봇및기계전자공학과 김봉훈 교수팀이 가역적인 가열과 냉각 성능을 모두 갖춘 ‘3차원 스마트 에너지 소자’를 개발했다.

이번 연구는 KAIST 기계공학과 이봉재 교수, 고려대학교 신소재공학부 이헌 교수팀과 공동연구를 통해 진행됐다. 연구결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’ 표지논문으로 선정돼 게재됐다.

전 세계 에너지 소비의 약 50%는 난방과 냉방에서 비롯되며, 이는 지구 온난화와 대기 오염 같은 심각한 환경 문제를 유발한다. 이를 해결하기 위해 태양과 외부 공기를 각각 열원과 냉원으로 활용해 자발적으로 온열 및 냉열을 생성하는 태양열 흡수 및 복사 냉각 기술이 친환경적이고 지속 가능한 냉난방 솔루션으로 주목받고 있다. 지금까지 다양한 태양열 흡수 및 복사 냉각 소자가 개발됐지만 대부분은 냉방 또는 난방 중 하나에만 집중하거나 대규모 시스템만을 제안하는 한계가 있었고, 냉난방 기능의 조절도 제한적이었다.

이를 해결하기 위해 김봉훈 교수팀은 하나의 소자에서 가역적인 가열 및 냉각 성능을 구현한 ‘3차원 스마트 에너지 소자’를 개발했다. 이 소자는 기계적 박리 공정을 통해 3차원 구조가 열리면 실리콘 탄성체와 은으로 구성된 하부층이 노출되어 복사 냉각이 발생하고, 3차원 구조가 닫히면 검정 페인트가 태양열을 흡수하여 가열이 이루어지는 원리로 작동한다.

연구팀은 이러한 가역적인 구조 변화를 피부, 유리, 강철, 알루미늄, 구리, 폴리이미드 등 다양한 기판에서 평가했으며, 구조의 각도에 따라 냉난방 성능을 조절할 수 있어 마크로 및 마이크로 크기의 소자에서 온도 조절이 필요한 건축물과 전자 소자의 에너지 소비 절감에 효율적인 해결책을 제공할 수 있음을 입증했다.

김봉훈 교수는 “이번 연구 성과가 저명한 국제 학술지의 표지논문으로 선정되어 매우 영광스럽다”며 “앞으로 해당 성과가 산업 현장 및 건축물 등에서 에너지 소비 절감에 활용될 수 있도록 노력하겠다”고 밝혔다.