KAIST, 물방을 맺히는 신기술로 열전달 5.5배 향상 개발

남영석·임성갑 교수팀 국제학술지 게재
얇은 고분자 코팅막을 활용해 열전달 ↑

고분자막 두께와 열처리에 따른 액적 생성 및 열전달 성능  (그래픽=KAIST 제공)

차가운 음료수 캔 표면에 물방울이 맺히는 것처럼 산업현장에서 열을 식힐 때 반드시 필요한 열전달 성능을 최대 5.5배 높이는 기술에 대한 논문이 발표됐다. KAIST(총장 배충식) 기계공학과 남영석 교수와 생명화학공학과 임성갑 교수 공동연구팀은 고분자 코팅막의 두께와 구조를 조절해, 증기가 물로 변할 때 물방울은 더 많이 생기고, 생긴 물방울은 더 빨리 떨어지게 하는 연구 결과를 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 게재했다고 23일 밝혔다.

응축 과정에서는 표면에 생긴 물이 얼마나 빨리 빠져나가느냐는 열전달 효율을 결정하는 중요한 변수다. 남영석·임성갑 교수 공동연구팀은 작물 물방울 형태로 표면에 더 잘 맺히고 빠르게 떨어질 때 열을 더욱 효과적으로 전달할 수 있다고 생각했다. 이에따라 기존에는 고분자막의 '결함'으로 여겨졌던 나노 크기의 작은 알갱이(응집체)를 활용해 표면에 입혀 아주 얇은 고분자막을 만들었다. 여기에 열처리를 더해 물방울이 표면에 달라붙는 힘도 줄였다. 덕분에 얇은 고분자막에서는 두꺼운 막보다 물방울이 약 3배 많이 생겼고, 물방울이 표면에 달라붙는 힘도 줄였다. 즉, 고분자막을 얇게 만들어 물방울이 생길 자리는 늘리고, 열처리로 생긴 물방울은 빨리 떨어지게 한 것이다. 물방울을 많이 만드는 것과 빨리 없애는 것을 동시에 해결한 것이 이번 연구의 핵심이다.

향후 이 기술을 발전소나 산업용 열교환기에 적용하면 열을 더 효과적으로 전달해 에너지 효율을 높이는 데 도움이 될 수 있다.

남영석 교수는 "담수화·수분 포집 장치에서는 물을 더 효과적으로 모으고, 전자기기에서는 열을 빠르게 빼내 냉각 성능을 높이는 기술로 활용될 것으로 기대된다"라고 설명했다.
임병안 기자