| 초록 |
□ 연구개요 화석 연료 고갈로 인한 차세대 대체 에너지 개발에 대한 급진적 수요와 더불어, 에너지를 효율적으로 소비하려는 노력이 전세계적으로 이루어지고 있음. 수동 복사 냉각 시스템은 외부전원 공급 없이 발열제품 또는 빌딩 등의 온도를 낮출 수 있어 초절전/친환경 기술로 주목받고 있음. 특히 최근에는 고효율 수동 복사 냉각 구조에 대한 연구가 선진국에서 활발히 이루어지고 있음. 하지만 선행연구 그룹의 구조/시스템은 복잡한 패턴 공정 구조로 구성되어 제작단가가 높고, 대면적 공정에 제약이 따름. 본 연구에서는 사하라 사막에 사는 은개미의 모발 구조를 연구 및 모방하여, 고에너지의 태양광 아래에서도 냉각이 되는 수동 냉각복사 구조를 고안하고, 웨어러블/플렉서블 전자 소자에 응용할 수 있는 포토닉 구조를 개발하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구에서 구현하고자 하는 최종 목표는 사하라 은개미 모발의 특성을 모방 및 개선시킨 고효율 수동형 복사 냉각 구조의 개발이며, 이를 구현하기 위해, 1) 태양광 반사 및 장적외선 방사 역할을 동시에 수행하는 3차원 마이크로/나노 복합구조의 광학적 설계 및 전자기적 거동 이해, 2) 3차원 마이크로/나노 복합구조의 제작 및 수동 복사 냉각 특성 분석 및 최적화, 3) 발열소자 집적형 마이크로/나노 복합구조 냉각 시스템 제작, 냉각 테스트 및 우수성 검증을 수행함. 1. 사하라 은개미 모발 모사 시스템의 광학적 설계 및 공정 방법 고안 : 3차원 마이크로/나노 복합 구조의 설계 및 최적화를 위해 파동광학(FDTD) 계산 및 기하광학(Ray tracing)을 기반으로 모발 구조의 파라미터를 변화시켜 최적의 조건을 도출해내었음. 또한, KOH 용액 공정을 통해 은개미 구조를 모사할 수 있는 공정 방법을 고안해내어 은개미 구조와 유사한 V groove mold를 얻어냄. 2. 플렉서블 전자소자에 응용가능한 구조 : 앞선 특성 결과를 기반으로 선택적 에미터와 공진구조를 결합하여 플렉서블한 발색형 수동 냉각 복사 구조를 제작함. 제작된 구조에 대한 냉각 특성 분석을 통해 대기 온도 미만의 냉각 성능을 확인 및 증명함. 3. 발열소자 집적형 마이크로/나노 복합구조 제작 및 냉각 테스트 : 바이오 센서와 집적이 가능한 쿨링 소자를 제작하여 통상적인 웨어러블 광전소자에 쓰이는 물질과 비교하여 최적화된 쿨링 소재가 발열 소자에 집적되어 있는 상태에서도 높은 냉각 성능을 보임 □ 연구개발결과의 중요성 은개미의 특성을 모방한 수동 냉각 구조는 전력을 이용하지 않고, 전자 소자/기기 또는 건물/실외기기 등의 온도를 낮출 수 있는 기술이기 때문에 에너지 절감 효과를 기대할 수 있으며, 웨어러블 기기에 적용 가능하여 기존 플렉서블/스트레쳐블 소자 기술을 보다 입체적이고 다양한 기능을 갖는 소자로 만들 수 있음. 또한 전자, 물리, 재료 및 생체모방 분야 간 통합 연구가 진행되기 때문에 학문적 시너지 효과를 기대할 수 있으며 융합형 인재 양성이 이루어질 것임. 게다가 다목적성 기능을 갖는 포토닉 마이크로/나노 구조에 대한 연구를 한 차원 진보시킬 수 있음. (출처 : 연구결과 요약문 2p) |
