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열과 빛의 새로운 에너지 변환 기술: 메타물질에 의한 자유자재의 열복사 제어

전문가 제언: ○ 태양 에너지 이용에 관한 현재보다 한 단계 높은 연구는 재생가능 에너지 사회를 실현하기 위하여 반드시 필요하다. 태양광 자원이 풍부한 유럽 남부와 미주 서해안 등에는 이미 태양열발전이 널리 개발？활용되고 있다. 또한 차세대에는 태양열발전에 태양광 기전력이 이용될 것으로 기대되고 있다. 한편, 태양광 기전력을 이용한 태양열발전의 핵심 기술은, 태양광을 흡수하여 열에너지로 변환시키기 위한, 파장 선택적 태양광 흡수 재료인 메타물질이 활용될 것으로 예측되고 있다.
○ 메타물질은 아직 자연에서 발견되지 않은 특성을 가지도록 설계된 물질로서, 플라스틱과 금속 같은 일반적인 물질로부터 형성된 복합 요소의 집합체로 구성된다. 이 물질의 특성은 기본 물질과는 달리 그 구조에 의해 생기며, 정확한 모양, 기하학적 구조, 크기, 방향, 배열 등에 의하여 결정된다.
○ 열복사는 원래 물질 내부에서 전자와 원자핵이 불규칙적인 상호작용으로 방사되는 것으로, 극히 넓은 스펙트럼을 가진 인코히어런트 광의 복사 현상이다. 하지만 메타물질에 의하여 물질 내부의 전자 상태를 인공적으로 제어할 수 있다면, 열복사를 특정한 파장만으로 방사시킬 수 있다. 금속 패턴, 유전체 층, 금속 기반 등의 3층으로 구성된 비교적 잘 알려진 메타물질의 예에서는 다양한 형상으로 이뤄진 최상층의 금속 패턴 구조를 통하여 각기 특정한 파장으로 광을 흡수 혹은 방사시킬 수 있었다.
○ 우리나라의 메타물질에 의한 에너지 변환 기술에 관한 연구는 KAIST의 신소재공학과 등 대학을 중심으로 이뤄지고 있으나, 선진국처럼 활발하게 진행되지는 못하고 있다. 열과 빛의 새로운 에너지 변환에서 메타재료를 이용한 열복사 제어기술에 관한 연구의 역사는 아주 짧은 편이나, 현재 이에 관한 연구가 활발하게 이뤄지고 있으며 그 성과도 많이 발표되고 있다. 따라서 자원빈국인 우리나라의 재생가능 에너지 사회 실현을 위해서는, 본고에서 해설한 새로운 에너지 변환기술을 적극적으로 참고할 가치가 있을 것으로 생각한다.

저자: SAKURAI A.
자료유형: 니즈학술정보