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[IT뉴스]“물방울 많이 만들고, 빨리 떨어지게”…열전달 성능 5.5배 높아졌다

온카뱅크관리자

2026-08-23 16:17:25

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> KAIST, 표면 ‘결함’ 활용해 나노 고분자 코팅막 개발 고분자막 얇게 만들어 물방울 3배 더 생성...열처리로 쉽게 떨어지게 
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 나노 고분자 코팅이 적용된 고효율 응축 구리관 개념도. KAIST 제공.
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 물체 표면에 나노 크기의 알갱이가 물방울을 더 잘 맺히고, 쉽게 떨어지게 해 열전달 성능을 최대 5.5배 높이는 코팅 기술이 개발됐다.
 앞으로 발전소와 담수화 설비의 에너지 효율을 높이고, 전자기기의 냉각 성능을 향상시키는 데 활용될 것으로 기대된다.
 KAIST는 남영석 기계공학과 교수와 임성갑 생명화학공학과 교수 연구팀이 공동으로 물체 표면에서 수증기가 물로 변할 때 물방울을 더 많이 생기고, 생긴 물방울을 더 빨리 떨어지게 하는 ‘얇은 고분자 코팅막 기술‘을 개발했다고 23일 밝혔다.
 차가운 음료수 컵 표면에 물방울이 생기는 응축 현상은 산업 현장에서 발전소 증기를 다시 물로 바꾸거나, 해수를 담수화하고, 전자기기에서 생긴 열을 식히는 데 폭넓게 활용된다.
 일반적인 금속 표면의 경우 응축 과정에서 작은 물방울들이 서로 합쳐져 얇은 물막을 만든다. 이 물막은 열이 빠져 나가는 것을 막아 열전달 효율을 떨어뜨린다.
 반대로 물이 작은 물방울로 맺혔다가 계속 떨어져 나가면 새로운 표면이 반복해서 나타나는데, 이 때 물방울 형태로 응축되는 현상을 ‘적상응축’이라고 한다. 이 경우에는 열을 보다 효과적으로 전달할 수 있다.
 기존 기술은 물방울이 처음 만들어질 자리를 늘리기 위해 표면을 울퉁불퉁하게 만들면 물방울이 그 구조에 걸려 잘 떨어지지 않았다.
 반대로 표면을 매끄럽게 만들면 물방울은 잘 떨어지지만 새 물방울이 만들어질 자리가 줄어드는 문제가 있었다.
 연구팀은 기존 고분자막에서 결함으로 여겨졌던 나노미터 크기의 작은 알갱이를 활용해 기존 문제를 해결했다.
 개시제를 이용한 화학 기상 증착법(iCVD)으로 기체 상태의 원료를 표면에 입혀 아주 얇은 고분자막을 만들자 표면에 나노크기의 작은 알갱이가 촘촘하게 생겼다. 이 미세 알갱이들이 물방울이 처음 맺히는 ‘씨앗 자리’ 역할을 하면서 얇은 고분자막에서 두꺼운 막보다 물방울이 3배 많이 생겼다.
 여기에 코팅에 열처리를 더해 물방울이 표면에 달라붙는 힘이 줄면서 물방울이 크게 자라기 전에 쉽게 떨어져 나갔다.
 표면에 고분자막을 얇게 만들고 열처리를 통해 물방울을 많이 만들고 빨리 없애는 것을 동시에 해결한 것이다.
 물방울이 생기고 떨어지는 과정이 빠르게 반복될수록 수증기를 물로 바꾸면서 열도 효과적으로 전달할 수 있다.
 실제 응축기에 많이 쓰이는 구리관에 개발된 고분자막을 입혀 성능을 확인한 결과, 물막이 생기는 일반 구리 표면보다 열전달 성능이 최대 약 5.5배 높은 수준으로 나타났다.
 물을 잘 튕겨내는 기존 발수 코팅 표면과 비교해도 50% 이상 높은 성능을 보였다.
 남영석 교수는 “물방울 생성과 제거를 각각 조절해 열전달 효율을 높이는 새로운 방법을 제시했다”며 “복잡한 모양의 표면에도 매우 얇고 균일하게 코팅할 수 있어 산업용 열교환기를 비롯한 다양한 에너지·환경 분야에 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.
 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 지난달 16일 온라인에 실렸다.
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 나노 고분자 코팅막 기술 관련 개념도를 AI로 생성힌 일러스트. KAIST 제공.
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 이준기 기자 bongchu@dt.co.kr
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