[서울=뉴스핌] 황혜영 기자 = 숭실대학교는 기계공학부 박성훈 교수 연구팀이 얼음은 쉽게 떨어지면서 코팅 자체는 바탕 소재에 강하게 부착되는 차세대 아이스포빅(Icephobic) 코팅 기술을 개발했다고 3일 밝혔다.

연구팀에 따르면 개발한 코팅은 일반 금속 표면보다 얼음 부착력을 약 98.6% 낮췄다. 얼음을 떼어내는 데 필요한 힘이 약 70분의 1 수준으로 줄어든 것으로 중력·바람·진동 같은 작은 외력으로도 얼음이 떨어질 수 있다는 설명이다. 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)'에 게재됐다.

항공기와 극지 선박, 풍력발전기, 산업용 열교환기 등에 발생하는 결빙은 장비 작동을 방해하고 안전사고와 에너지 손실을 유발할 수 있다. 기존 전기히터나 기계적 제빙 방식은 에너지 소비와 유지관리 비용이 높다는 한계가 있다.

대안으로 주목받는 아이스포빅 코팅은 얼음이 형성돼도 작은 힘으로 쉽게 떨어지도록 하는 기술이다. 다만 기존 코팅은 얼음 제거 성능이 좋아도 코팅층의 접착력과 내구성이 부족하거나 두께가 얇아지면 성능이 저하되는 문제가 있었다.

연구팀은 분자 간 결합이 끊어졌다 다시 형성되는 동적 결합 특성을 지닌 폴리보로실록산(PBS) 소재를 활용했다. 실리콘계 고분자에 가역적인 동적 결합 구조를 도입해 외력이 가해질 때 분자 결합이 유연하게 재배열되면서 응력을 완화하도록 설계했다.

이를 통해 얼음은 작은 힘에도 쉽게 떨어지지만 코팅은 바탕 소재에 강하게 붙어 있는 특성을 구현했다.

실험에서 개발 코팅의 얼음 부착 강도는 약 6.4kPa로 나타났다. 코팅의 접착 강도는 일반 실리콘계 코팅보다 약 9배 높았다. 머리카락보다 수십 배 얇은 초박막에서도 얼음 제거 성능을 유지해 두께에 따른 성능 저하 문제도 개선했다.

반복적인 결빙·제빙과 마찰·마모, 접착테이프 박리, 환경 안정성 시험에서도 낮은 얼음 부착 강도를 유지했다. 스프레이나 딥 코팅 등 비교적 단순한 공정으로 제작할 수 있어 복잡한 형상의 장비나 대면적 산업 설비에도 적용할 수 있다는 것이 연구팀의 설명이다.

연구팀은 극지 선박과 항공기, 풍력발전기뿐 아니라 냉동창고, 냉장·냉동 가전, 산업용 열교환기 등으로 활용 범위를 넓힐 수 있을 것으로 기대하고 있다. 결빙에 민감한 극지 감시장비와 CCTV, 자율주행차 레이더·라이다 센서 등도 응용 대상으로 제시했다.

다만 실제 산업 현장에서의 장기 내구성과 에너지 절감 효과는 향후 실증을 통해 검증할 계획이다.

박성훈 교수는 "이번 연구의 성과는 제빙 성능과 코팅의 접착력·내구성을 동시에 확보하고, 기존 코팅의 두께에 따른 성능 저하 문제까지 해결했다는 점"이라고 말했다.

이어 "극지 선박과 항공기, 풍력발전기부터 냉동설비와 열교환기까지 적용 분야를 넓히고 산업 현장 실증과 기술 고도화를 통해 실용적인 제빙 기술로 발전시킬 계획"이라고 밝혔다.

이번 연구는 박성훈 교수가 교신저자, 남건우 연구원이 제1저자로 참여했으며 한국에너지기술평가원(KETEP) 에너지정책 융합대학원 사업의 지원을 받았다.

hyeng0@newspim.com