태양빛을 흡수해 물을 바로 끓이는 고효율 메타필름 개발
□ 논문의 주요 내용은 다음과 같다
2. 발견 원리
○ 알루미늄 기판 위에 매우 얇고 긴 산화 알루미늄 나노선들을 만들고 세척과 건조의 과정을 거치면서 나노선들이 모세관력에 의해 서로 응집하여 여러 개의 산과 골짜기가 반복되는 모양의 구조체가 형성됨을 발견하였다.
○ 이 구조체에 금을 씌우면 플라즈모닉 나노포커싱* 현상에 의해 광대역의 빛을 완전하게 흡수하고 나노 크기로 모아 열로 변환시킬 수 있는 구조가 됨을 발견, 광대역 흡수 특성으로 인해 검은 색을 띄는 금인 ‘블랙 골드’가 된다.
** 플라즈모닉 나노포커싱(plasmonic nanofocusing): 금속 또는 금속-유전체 나노 구조의 작은 크기의 공간에 빛을 집중시킴
○ 플라즈모닉 나노포커싱 현상을 일으키는 금속-유전체 나노 구조를 다공성 테이프로 옮겨, 구멍을 통해 물 공급이 가능한 박막 블랙 골드 멤브레인*을 제작하였다. 블랙골드 나노 구조는 넓은 영역의 태양빛을 매우 효율적으로 흡수함으로써 뜨거워지게되며, 이로 인해 발생한 열에너지가 다시 주변의 물로 전달되며 증기를 생성한다.
* 멤브레인 : 특정성분을 선택적으로 통과시킴으로써 혼합물을 분리할 수 있는 액체 혹은 고체의 막
○ 수면 위에 띄운 다공성 멤브레인은 집광 현상이 일어나는 플라즈모닉 나노포커싱 구조 근처로 물을 지속적으로 끌어 올리는 역할과 더불어 멤브레인 아래의 물을 통한 열손실을 막아줌으로써 증기 발생 효율을 크게 향상시킨다.
3. 연구 성과
○ 본 연구를 통해 개발한 블랙 골드 필름의 태양광 영역에서의 흡수율은 약 91%였으며, 태양광으로부터의 증기 생성 효율은 실험적으로 최대 57%*까지 얻을 수 있었다. (단위 제곱미터에서 시간당 최대 16kg의 증기 생성)
* 기존 연구에서의 최대 증기생성 효율은 24%
태양 빛을 흡수해 물을 바로 끓이는 고효율 메타필름 개발
고효율 메타필름의 발견 원리 중 하나는 나노선들이 무엇에 의해 서로 뭉친 것이니
모세관력