1천℃ 극한 환경 견디는 내화 전도성 열복사 제어 소재 개발

(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 공기 중 1천℃의 고온과 강한 자외선이 있는 우주 등 극한 환경에서도 광학적 특성을 유지하며 복사 스펙트럼을 제어할 수 있는 내화 전도성 열복사 제어 소재가 개발됐다.

LBSO 열 방사체의 열광 전지(TPV) 에너지 변환 기술 활용 모식도 연구팀은 란타넘(La)이 도핑된 주석산염(LBSO)을 박막 형태로 제작, 1천℃ 고온과 9MW/㎠ 강한 자외선에도 산화되지 않고 성능을 유지하는 열복사 제어 소재를 개발했다. LBSO 열 방사체는 열광 전지(TPV) 셀이 가장 높은 효율을 가지는 파장 대역에 맞춰 선택적으로 열을 방사해 발전 효율을 높일 수 있다. [한국과학기술연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]

한국과학기술연구원(KIST) 나노포토닉스연구센터 김종범 박사팀은 6일 란타넘(La)이 도핑된 주석산염(LBSO)을 박막 형태로 제작, 1천℃ 고온과 9MW/㎠ 강한 자외선에도 산화되지 않는 열복사 제어 소재를 개발했다고 밝혔다.

열복사(thermal radiation)는 온도를 지닌 모든 물체에서 방출되는 전자기파다. 태양 복사 스펙트럼이 대표적이며 화력발전, 유리공장 등 산업현장에서도 열복사 에너지가 방출된다.

열복사 에너지를 제어해 활용하면 전력 생산 비용을 낮출 수 있어 냉각, 방열, 에너지 생산 등 분야에서 복사 스펙트럼 제어 기술에 대한 관심이 크다. 특히 화력 발전의 열복사를 열광전지(TPV)에 이용하거나 우주·항공 등에 열복사를 이용하려면 극한 환경에서 견디는 복사 제어 소재가 필요하다.

연구팀은 란타넘을 주석산염(BaSnO₃)에 도핑하고 이를 레이저 증착법으로 격자 변형이 없는 나노 단위의 얇은 박막 형태로 제작해 LBSO 소재를 개발했다.

LBSO 소재는 고온에서 산화되는 텅스텐, 니켈, 질화 티타늄 등 기존 금속 내화 전도성 소재들과 달리 1천℃ 고온과 9MW/㎠의 강한 자외선에도 성능을 유지했다.

또 LBSO 소재로 적외선 대역의 파장만 선택적으로 방출하는 다층 박막 열 복사체를 만든 결과 박막 형태일 때와 같이 열과 빛에 안정적인 것으로 확인됐다.

연구팀은 LBSO 소재를 사용하면 공기와 만나 산화하는 것을 막기 위한 추가 조치 없이 열복사를 안정적으로 전달할 수 있다며 이는 열광 전지 발전 기술로의 적용 가능성을 보여주는 것이라고 밝혔다.

김종범 박사는 "태양열 및 고온 환경에서 방출되는 복사에너지를 활용해 전력을 생산하는 친환경 열광 발전 기술이 주목받고 있다"며 "LBSO 소재가 열광 발전의 상용화를 앞당기는 데 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.

이 연구 결과는 국제학술지 '어드밴스드 사이언스'(Advanced Science. 11월 23일 자)에 게재됐다.

scitech@yna.co.kr

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