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발전소·담수화 설비·전자기기 냉각 등 분야의 열전달 효율을 높일 기술이 개발됐다.
KAIST는 기계공학과 남영석 교수와 생명화학공학과 임성갑 교수 연구팀이 표면의 초박막 고분자 코팅막 두께와 구조를 조절해 수증기가 물로 변할 때 물방울이 많이 그리고 빨리 떨어지게 하는 기술을 개발했다고 23일 밝혔다. 나노 고분자 코팅이 적용된 고효율 응축 구리관 개념도.KAIST 
차가운 음료수가 담긴 컵 표면에 물방울이 맺히는 것처럼 수증기가 물로 바뀌는 '응축'은 일상에서도 흔히 볼 수 있다.
이러한 현상은 산업현장에서 발전소의 증기를 다시 물로 바꾸거나 바닷물에서 염분기를 뺀 물을 얻는 과정 등에 활용된다.또 전자기기에서 생긴 열을 식힐 때도 활용할 수 있다.관건은 표면에 생긴 물이 얼마나 빨리 빠져나가느냐다.
예컨대 일반적으로 금속 표면에선 작은 물방울이 서로 뭉쳐 얇은 물 막을 만들고,이 물 막은 열이 빠져나가는 것을 막는 '열 저항' 역할을 한다.물방울이 맺혀 떨어지지 않고,물 막을 형성했을 때 열전달 효율도 낮아지는 셈이다.
물방울이 맺혔다가 떨어지면 같은 자리에 다시 새로운 물방울이 생긴다.이처럼 물방울이 '생기고 떨어지는' 과정이 반복되는 현상을 '적상 응축'이라고 한다.물이 표면을 계속 덮지 않아 열 저항이 줄어들기 때문에 열을 보다 효과적으로 전달할 수 있게 된다. AI 생성 이미지.KAIST 
다만 물방울이 맺히는 면적을 늘리기 위해 표면을 울퉁불퉁하게 만들면 물방울이 구조에 걸려 떨어지지 않고,반대로 표면을 매끄럽게 할 때는 물방울이 쉽게 떨어지지만 새로운 물방울이 맺히는 면적이 줄어드는 딜레마가 생긴다.
공동연구팀은 그간 고분자막의 '결함'으로 여겨지던 나노 크기의 작은 알갱이(응집체)를 이용해 이 같은 문제를 해결했다.
고분자막은 플라스틱과 비슷한 성질의 고분자 물질을 표면에 얇게 입힌 코팅막이다.공동연구팀은 '개시제를 이용한 화학 기상 증착법(iCVD)'을 활용해 고분자막을 만들었고,아프리카 모바일 방송 룰렛이 고분자막에서는 두꺼운 막보다 3배 많은 물방울이 맺혔다.또 물방울이 맺힌 자리에 열처리를 했을 때는 물방울이 표면에 달라붙는 힘도 줄었다.
물방울이 커지기 전에 표면에서 쉽게 떨어지면서 물방울을 '많이 만들고,빨리 없애는 것'을 동시에 해결할 수 있게 된 것이다.
이러한 과정이 빠르게 반복되면 수증기를 물로 바꾸면서 열을 보다 효과적으로 전달하는 게 가능해진다고 공동연구팀은 설명한다.
실제 응축기에 주로 쓰이는 구리 관에 공동연구팀이 만든 고분자막을 입혀 성능을 확인한 결과,'응축 열전달계수(열을 전달하는 능력)'는 일반 구리 표면보다 열전달 성능이 최대 5.5배 높아졌다.기존 발수코팅 표면과 비교했을 때도 50% 이상 향상된 성능을 보였다.
향후 이 기술을 발전소,산업용 열교환기에 적용하면 열을 보다 효과적으로 전달할 수 있게 돼 에너지 효율을 높일 수 있을 것으로 공동연구팀은 내다본다. (왼쪽부터) 남영석 교수,김준수 박사과정,임성갑 교수,아프리카 모바일 방송 룰렛강민정 박사과정.KAIST 
아프리카 모바일 방송 룰렛강민정 박사과정.KAIST" style="text-align: center;">
남 교수는 "이번 연구는 그간 결함으로만 여겨졌던 나노 구조를 활용해 물방울의 생성과 제거를 조절,열전달 효율을 높이는 새로운 방법을 제시했다는 점에서 의미를 갖는다"며 "공동연구팀은 개발한 기술이 향후 산업용 열 교환기 등 다양한 에너지·환경 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.
한편 이번 연구에는 KAIST 기계공학과 김준수 연구원,생명화학공학과 강민정 연구원이 공동 제1 저자로 참여했다.연구 결과는 지난달 16일 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 온라인판에 게재됐다.
