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전자레인지서 쓰던 마이크로파로 금속 얇게 입힌다

2019년 05월 15일 12:03
이미지 확대하기김대호 한국전기연구원 선임연구원이 마이크로파 유도가열 기술로 열처리된 로이유리를 들고 있다. 한국전기연구원 제공.
김대호 한국전기연구원 선임연구원이 마이크로파 유도가열 기술로 열처리된 로이유리를 들고 있다. 한국전기연구원 제공.

일상에서 자주 쓰는 전자레인지에서 활용되는 마이크로파를 이용해 금속을 얇게 연속적으로 열처리할 수 있는 기술이 개발됐다. 유리 표면에 금속 또는 금속산화물을 얇게 코팅해 단열 효과를 극대화하고 에너지 절감 효과가 있는 ‘로이유리’ 보급 및 확대에 도움을 줄 것으로 기대된다. 

 

한국전기연구원은 김대호 나노융합연구센터 선임연구원 연구팀이 마이크로파 유도가열 기술로 금속 나노박막을 ‘연속적으로 균일하게 고속 열처리’할 수 있는 기술 개발에 성공했다고 15일 밝혔다. 

 

마이크로파 유도가열 기술은 전자레인지에서 사용하는 2.45기가헤르츠(GHz) 주파수의 마이크로파 자기장을 활용해 순간적으로 고온 가열할 수 있는 기술이다. 

 

기존 유도가열 기술은 수십 kHz 수준의 주파수를 갖는 자기장을 만들어 금속 소재를 가열했다. 조리용 인덕션 기구 등 두께가 밀리미터(mm) 수준의 소재에만 적용할 수 있었다. 기존 기술로는 1마이크로미터(㎛, 100만분의 1미터) 이하 얇은 두께의 나노박막을 가열하기 어려웠다. 

 

연구팀인 개발한 ‘마이크로파 유도가열 기술’은 전도성 표면에 자기장으로 유도전류를 발생시켜 이 때 나오는 저항열로 나노박막을 가열하는 원리다. 전기에너지에서 열에너지로 전환되는 효율이 70$에 달한다. 두께가 나노미터(nm, 10억분의 1미터) 수준의 얇은 전도성 박막을 1초 이내에 1000도 이상으로 빠르게 열처리할 수 있는 게 특징이다. 

 

연구팀은 또 마이크로파 유도가열 기술의 핵심 요소인 ‘유전체 공진’을 통해 자기장 패턴을 바꿔 나노박막의 발열 분포를 조절하는 데도 성공했다. 대면적 나노박막을 열처리할 수 있게 된 것이다. 유전체 공진은 전기장을 가할 때 전기 분극이 생기지만 전류가 흐르지 않는 전기적 절연체가 진동을 일으키는 다른 물체의 영향으로 더 큰 진동이 일어나는 현상이다. 

 

연구팀은 이번에 개발한 기술을 최근 건축물에서 친환경 단열유리로 활용되는 ‘로이유리’ 열처리에 활용할 계획이다. 공정 과정에서 초당 100mm의 속도로 흘러가는 로이유리를 500도 이상 온도로 균일하게 가열해 열처리하는 데 성공했다. 이렇게 열처리된 로이유리는 코팅된 은나노 박막의 결정성이 향상돼 전도성도 30% 높아진 것으로 나타났다. 

 

연구책임자인 김대호 선임연구원은 “기존 로이유리 가열 기술은 열처리 후 가공 문제, 높은 에너비 비용에 따른 경제성 문제 등으로 상용화에 어려움이 많았다”며 “이번에 개발한 기술로 로이유리 열처리 공정을 개발하려는 기업이 있을 것으로 보고 기술 사업화를 추진중”이라고 말했다. 

 

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