고려대, 영하 10도에도 성에 억제하는 코팅 소재 개발

[이데일리 김응열 기자] 고려대 연구진이 영하의 저온다습한 환경에서도 냉각 장치에 성에가 생기는 것을 억제할 수 있는 ‘유무기 복합 코팅 소재’를 개발했다.

(왼쪽부터)고려대 신소재공학부의 이은지 박사과정(제1저자), 신소재공학부 서지훈 교수(교신저자). (사진=고려대)

고려대는 서지훈 신소재공학부 교수 연구팀이 영하의 저온다습한 환경에서도 냉각 장치에 성에가 생기지 않도록 하는 유무기 복합 코팅 소재를 개발했다고 1일 밝혔다.

열 교환기에서의 얼음 형성을 방지해 냉각 효율을 극대화하는 기술은 에너지 절약의 필수 과제로 꼽힌다 냉각 장치 내에 있는 열 교환기의 표면온도가 대기 노점(이슬점)보다 낮아지면 결로와 얼음(성에)이 발생하는데 이는 냉각 장치의 효율을 떨어뜨릴 뿐만 아니라 제거(제상)하는 과정에서 전체 전력의 20% 이상을 소모하는 원인이 되기 때문이다.

기존에는 얼음 형성 방지를 위해 물방울을 튕겨내는 ‘발수코팅’, 형성된 얼음이 접착하지 못하게 하는 ‘저표면에너지코팅’ 등이 주로 연구됐다. 하지만 이러한 기술들은 다습한 상황에 저온의 열 교환기 표면이 장시간 노출될 경우 오히려 얼음이 빠르고 두껍게 형성되는 문제가 있었다.

연구팀은 열 교환기 소재 표면에 닿는 물 분자의 구조적 특성을 활용해 해결책을 고안했다. 실리카 나노입자와 쌍성이온 고분자를 최적의 비율로 섞어 0도에서 얼어버리는 자유수의 비율을 최소로 줄이고 중간수의 비율을 극대화한 유무기 복합 코팅 소재를 개발했다.

유무기 복합 코팅 소재는 다습한 조건(상대습도 80%)과 저온(영하 10℃)의 열 교환기 소재 표면 온도에서도 얼음 생성을 효과적으로 억제했으며 약 95% 이상의 우수한 효율을 보였다.

서지훈 교수는 “이번 연구를 통해 열 관리 시스템이 필요한 다양한 산업 분야에서 얼음 형성을 방지할 수 있는 소재 설계 개념을 제시했다”며 “소재 표면에 자연적으로 형성되는 수화층의 구조를 조절해 얼음 형성을 방지할 수 있다는 점을 검증했다”고 말했다.