태양빛 흡수해 바로 물 끓이는 메타필름

태양빛 흡수해 바로 물 끓이는 메타필름

 

태양빛을 흡수해 바로 물을 끓이는 고효율의 메타 필름이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 태양광을 이용한 증기 발전이나 해수 담수화 장치 등에 응용될 수 있을 것으로 보인다. 연세대 교수 연구팀은 태양빛을 대부분 흡수해 나노 크기로 빛을 모아주는 '플라즈모닉(Plasmonic) 블랙 골드 메타 필름'을 개발해 순식간에 증기를 발생시키는 데 성공했다고 2015.12.29일 밝혔다.

 

이 필름은 광대역 태양빛을 흡수해 검은 색을 띠는 금-산화 알루미늄 나노 구조체 필름이다. 친환경적인 태양 에너지를 활용해 증기를 발생시키는 기술은 태양열 발전이나 해수 담수화 등에 널리 활용돼왔다. 최근에는 증기 발생 효율을 높이기 위해 태양빛을 효율적으로 흡수할 수 있는 소재와 방법들이 다양하게 연구되고 있다.

 

특히 플라즈모닉(Plasmonic) 금속 나노 구조는 광 흡수율이 높고 별도의 집광 과정 없이도 빛·열 에너지를 나노 크기의 국소 영역에 집중시킬 수 있어 태양열-열 변환 기술로 주목받고 있다. 연구진은 알루미늄 기판 위에 매우 얇고 긴 산화 알루미늄 나노 선들을 만든 뒤 세척·건조의 과정을 거치면, 나노선들이 모세관력에 의해 응집해 산과 골짜기가 여러 번 반복되는 모양의 구조체가 된다는 것을 발견했다.

 

이어 이 구조체에 금을 씌우면, 광대역의 빛을 완전하게 흡수하고 이를 나노 크기로 모아 열로 변환시킬 수 있는 구조가 된다는 사실도 파악했다. 이렇게 만들어진 물질은 광대역의 빛을 흡수하는 특성 때문에 검은 색을 띠는 '블랙 골드'가 된다.

이같이 개발된 블랙 골드 필름은 태양광 영역에서의 흡수율이 약 91%, 증기를 생성시키는 효율은 실험상 최대 57%인 것으로 나타났다. 기존 연구에서 최대 증기 생성 효율이 24%에 그쳤던 것에 비하면 크게 개선된 것이다. 금속 메타 필름은 비용이 저렴하고 별도의 복잡한 시스템이 필요 없어 소형화 또는 대면적 제작이 용이하고 대량 생산이 가능하다. 태양광 이용 증기 발전, 증기 살균, 해수 담수화 장치의 생산성 향상 등에 핵심 기술로 활용될 수 있다.