[더테크=조재호 기자] 카이스트에서 열선, 스프레이 및 오일 도포, 기판 디자인 변경 없이도 금나노입자의 광열 효과를 산업현장에 적용할 수 있는 방빙·제빙 필름 코팅 기술을 개발했다.

카이스트는 김형수 기계공학과 교수팀과 윤동기 화학과 교수팀의 공동융합연구를 통해 단순 증발만으로 금 나노막대 입자를 사분면으로 균일하게 패터닝할 수 있는 원천기술을 확보하고 이를 이용해 결빙 방지 및 제빙 표면을 개발했다고 3일 밝혔다.

이번 연구는 기존 기능성 나노 물질을 코팅하는 방식에서 셀룰로오스 나노크리스탈을 이용해 금 나노막대를 활용한 필름을 제작하는 기술이다. 해당 기술로 만든 금 나노막대 필름은 가시광선 수준의 빛만으로도 영하 10도 수준의 표면 위에서 방빙 및 제빙 성능을 보였다.

최근 다양한 코팅 기법을 이용해 표면 성질을 제어하려는 연구가 진행되고 있다. 이 중에서 금 나노막대(Gold Nano Rod, GNR)는 생체 적합성과 화학적 안정성, 합성 난이도, 표면 플라즈마 공명이라는 안정적이면서도 독특한 특성으로 인해 유망한 나노물질 중 하나로 여겨졌다. 다만 높은 수준의 증착 균일도와 정렬도를 구현하는 것이 관건이었다.

공동연구팀은 자연계에서 쉽게 추출할 수 있는 셀룰로오스 나노크리스탈(CNC)를 활용해 코팅 전체 면적에 정렬된 금 나노막대 필름을 개발하는데 성공했다. 이번 연구에서 획득한 코팅 필름은 기존 커피링 필름과 비교해 향상된 플라즈모닉 광학·광열 성능을 보였다. 공동연구팀은 가시광선 영역대의 빛으로 방빙과 제빙을 할 수 있음을 증명했다.

김형수 카이스트 기계공학과 교수는 “플라스틱 및 유연 표면 위에서도 제작할 수 있어 외장재나 필름에 활용하면 자체적으로 열에너지를 만들어낼 수 있다”며 “겨울철에 문제가 되는 자동차 성에, 항공기 제빙, 건물 유리창 등 다양한 분야에서 자발적 열에너지 하베스팅 효과를 통해 에너지 절약 효과를 가져다줄 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

윤동기 카이스트 화학과 교수는 “필름화하기 힘들었던 나노셀룰로오스-금입자 복합체를 넓은 면적에서 결빙 소재로 활용할 수 있으며 금의 플라즈모닉 성질을 활용한다면 스테인드글라스처럼 장식할 수도 있다는 점에서 의미가 있다”고 밝혔다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈 2023년 12월 8일 온라인판에 게재됐다. 아울러 연구의 우수성을 인정받아 국제 저널 ‘재료과학과 화학’, ‘무기 물리화학’ 편집자 하이라이트 페이지에 선정됐다.