국내 연구진이 1000℃의 고온과 강한 자외선도 견뎌낼 수 있는 내화성 소재를 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST) 김종범 나노포토닉스연구센터 선임연구원이 이끈 연구팀은 1000℃의 고온 환경에서도 광학적 특성을 유지하는 복사 스펙트럼 제어기술 기반 내화성 소재를 개발했다고 6일 밝혔다.
복사 스펙트럼 제어기술은 모든 물체에서 방출되는 전자기파의 일종인 열 복사 에너지를 제어하는 기술로 최근 우주 및 항공, 열광 발전 등 극한 환경을 견딜 수 있는 소재를 개발하는 데 필요한 기술로 조명받고 있다.
연구팀은 레이저 증착법을 통해 희토류 금속 종류인 '란타넘'이 도핑된 주석산염(LBSO)을 입자의 기본 결정구조에 뒤틀림, 수축, 팽창 등 변형이 나타나지 않는 나노 단위의 얇은 박막 형태로 제작했다.
이같은 LBSO 소재는 고온에서 산화되는 텅스텐, 니켈, 질화 티타늄 등 기존 내화 전도성 소재들과 달리 1000℃의 고온과 9메가와트(MW)의 강한 자외선에 노출됐을 때도 성능을 유지했다. 연구팀이 해당 소재를 활용해 복합적인 구조체를 만들어 실험한 결과 박막 형태일 때와 마찬가지로 높은 내화성과 전도성을 갖는 것으로 나타났다.
연구팀은 이러한 성능을 열광전지(TVP) 발전 기술이나 우주같은 극한 환경에서 강한 태양열로 발생하는 열을 관리하는 기술로 적용될 수 있을 것으로 내다봤다.
열광전지란 태양 빛으로 전기를 생산하는 태양전지와 다르게 뜨거운 물체에서 나오는 광자로 전기를 생산하는 전지다. 일반적으로 물체가 열을 흡수하면 매우 넓은 파장대의 복사에너지를 방출하기 때문에 효율이 떨어지는데, LBSO는 파장대를 선택해 열을 방사해 발전 효율을 높일 수 있다. 특히 열광 발전 기술을 기반으로 에너지 생산·소비 과정에서 사용되지 못하고 버려지는 폐열을 재활용하는 데 활용될 것으로 보인다.
김 선임연구원은 "날씨에 따라 전기 생산량이 달라지는 태양광이나 풍력 재생에너지의 대안으로 태양열 및 고온 환경에서 방출되는 복사에너지를 활용해 전력을 생산하는 친환경 열광 발전 기술이 주목받고 있다"며 "LBSO 소재로 열광 발전의 상용화를 앞당겨 기후변화 및 에너지 위기 대응에 기여할 것"이라며 기대감을 표했다.
이번 연구결과는 국제학술지 '어드밴스드 사이언스' 11월 23일자에 게재됐다.
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