태양전지 효율제고 혁신적 개선
나노 에너지분야 신기술 이정표
김경태(37·사진) 인천대 기계시스템공학부 교수가 세계 최초로 2nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m)의 초근접 영역에서 복사열 전달 현상을 규명했다.
9일 인천대에 따르면 김 교수가 주저자로, 미국 미시간대 프라모드 레디 교수 등이 부저자로 참여한 논문 ‘초근접 영역의 복사열 전달’(Radiative heat transfer in the extreme near field)은 세계 최고 권위 과학 잡지 네이처지 7일자 온라인판에 실렸다. 네이처지 본판에는 17일 게재된다.
초근접 영역의 복사 열 전달 현상 연구는 태양전지의 효율을 혁신적으로 높일 수 있는 근접-열광전지(near-field thermophotovoltaics) 개발을 비롯해 나노 에너지 분야의 신기술개발에 있어 매우 중요한 연구다.
그렇지만 20∼30nm에서 열전달 현상은 실험적으로 연구되고 있으나, 10nm 이하의 초근접 영역에서 열 전달 규명은 열의 양이 극히 적은데다 계측 기기의 성능이 떨어져 풀어야 할 과제였다.
김 교수 팀은 반도체 공정을 활용해 몇 pW(피코와트·1pW는 1조분의 1와트)의 초미세열을 나노 스케일에서 감지할 수 있는 초고감도 정밀 열센서를 개발, ‘주사열현미경’에 장착해 2nm의 초근접 영역에서 복사열 전달을 계측하는 성과를 거뒀다. 나아가 최첨단 열전달 이론까지 개발, 실험결과와 완벽히 일치시키는 연구결과를 내놨다.
그는 박사연구 과정 때인 10년 전부터 주사열현미경 개발에 심혈을 기울여 왔고, 3년전부터 미시간대 연구팀과 초근접 영역의 복사 열 전달 현상을 연구해왔다.
네이처지의 이 논문 심사자는 “에너지 생산, 미세 열조절, 냉각, 미세영역의 열 감지 등 다양한 나노 에너지 응용분야에서 이정표가 될 것으로 기대된다”고 평가한 것으로 전해졌다.
특히 김 교수는 기계공학 전공 학자인데 기초과학 분야 연구에서 획기적 성과를 거둬 높은 평가를 받고 있다.
김 교수는 “아직 밝혀지지 않은 나노와 원자 스케일 상의 에너지 현상을 순수 국내 기술 개발로 규명하는데 연구를 집중할 것”이라고 밝혔다.
/김상섭기자 kss@
