김성균 DGIST 교수팀이 개발한 수동냉각 필름. 완전히 건조한 상태에서도 투명하고 유연해 다양한 전자소자 표면에 적용할 수 있다. DGIST 제공 전기에너지나 별도 냉매를 사용하지 않고도 전자기기를 냉각할 수 있는 필름이 개발됐다. 유연하고 투명하며 건조한 상태에서도 금속이나 반도체, 유리 표면에 잘 달라붙어 인공지능(AI) 데이터센터나 전기차 배터리 열관리 문제 등을 해결할 보조 냉각장치 소재로 주목받는다.대구경북과학기술원(DGIST)은 김성균 화학물리학과 교수팀이 공기 중의 수분을 이용해 전자기기의 열을 스스로 식히는 차세대 '수동 냉각' 필름 소재를 개발했다고 6일 밝혔다. 연구결과는 9월 17일(현지시간) 국제학술지 '스몰 스트럭쳐스'에 공개됐다.
최근 수요가 늘고 있는 데이터센터나 모바일 전자기기, 전기차 배터리 등의 공통적인 숙제는 발열 관리다. 펌프나 팬을 가동하는 기존 능동 냉각 방식은 전기에너지와 냉매인 물이 필요하고 장치가 복잡해 유지보수 비용이 크다.
외부 에너지 투입이 필요 없는 수동 냉각 기술 중 공기에 있는 수분을 활용하는 증발 냉각 기술이 대안으로 주목받는다. 수분을 잘 흡수하는 기존 흡습성 소재가 단단한 고체 형태로 전자기기 표면에 밀착하기 어렵고 기기 부식을 유발한다는 점이 해결 과제다.
김 교수팀은 수분 저장 능력이 뛰어난 나노셀룰로오스 소재와 유기 이온성 액체를 결합해 유연하고 접착성이 높은 필름 형태의 소재를 합성했다.
수동 냉각 필름 작동 원리. 전자소자에 부착된 필름이 공기 중의 수분을 흡수해 저장했다가 소자 작동으로 열이 발생하면 수분을 방출하면서 연속적으로 소자를 냉각시킨다. DGIST 제공 개발된 필름은 완전히 건조된 상태에서도 접착력과 유연성을 유지해 금속·반도체·유리 등 다양한 표면에 잘 달라붙는다. 공기 중의 수분을 빨아들여 저장했다가 기기에서 열이 발생하면 머금었던 수분을 증발시키면서 기기 표면 온도를 실시간으로 낮춘다. 수분을 머금고 있을 때도 기기를 부식시키지 않아 별도 코팅 처리 없이 소자 표면에 바로 부착할 수 있다.작동하는 전자기기에서 냉각 능력을 테스트한 결과 개발된 필름은 12시간 이상 기기 표면 온도를 72.3℃에서 54.1℃까지 최대 18.2℃ 안정적으로 줄였다.
연구팀은 "연구결과는 물과 전력을 많이 쓰는 기존 전자기기 냉각 시스템의 부담을 덜어주는 보조 냉각장치로 쓰일 수 있다"며 "AI 시대를 위한 친환경·고효율 에너지 절감 솔루션으로 활용할 수 있을 것"이라고 설명했다.
김 교수는 "기존 수동 냉각 소재들이 안고 있던 부식성, 유연성, 접착성 부족 등의 여러 한계점을 한 번에 극복할 방향성을 제시했다"고 밝혔다.
<참고 자료>
- doi.org/10.1002/sstr.70622
김성균 DGIST 화학물리학과 교수(왼쪽에서 2번째) 연구팀. DGIST 제공