경상국립대학교 기계공학부 김덕종 교수. (사진=경상국립대 제공)

경상국립대학교는 공과대학 기계공학부 김덕종 교수팀이 미래 모빌리티 시스템의 적절한 열관리를 통해 성능 및 안정성을 극대화하는 데 있어 중요한 역할을 할 초경량 히트싱크 기술을 개발했다고 밝혔다.

연구 결과는 역학 분야 저명 국제학술지 '인터내셔널 커뮤니케이션스 인 히트 앤 매스트랜스퍼(International Communications in Heat and Mass Transfer)'(JCR 4.7%) 최신호에 '그래핀 에어로젤 내 강제대류 열전달(Forced convection heat transfer inside graphene aerogel)'이라는 제목으로 게재됐다.

이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업, 한국에너지기술평가원 알키미스트프로젝트의 지원을 받았으며, 김덕종 교수팀의 조현민 씨가 연구에 참여했다.

고성능 데이터 처리 및 연산 장치가 핵심적인 기능을 하는 자율 주행 차량이 점차 보편화되고 휴대용 전자기기가 고성능화되면서 이들 모빌리티 시스템의 열관리를 원활하게 하면서도 시스템이나 사용자에게 부가적인 질량으로 인한 부담을 최소화하는 초경량 히트싱크의 필요성이 커지고 있다.

기존에는 열관리를 위해 금속 재질로 이뤄진 히트싱크가 널리 사용돼 왔지만 무거운 질량으로 인해 모빌리티 시스템 열관리에 적용되기에는 한계가 있었다.

이번 연구에서 김덕종 교수팀은 열전도 특성이 우수한 그래핀으로 에어로젤이라는 표면적이 크고 내부 공극이 잘 발달된 다공성 구조체를 만들어 이것이 기존의 금속 히트싱크를 대체할 가능성을 최초로 확인했다. 그래핀 에어로젤 내부에서의 강제대류 열전달이 얼마나 원활한지를 보여주는 대류열전달 계수를 측정한 결과, 그래핀 에어로젤의 미세구조에 따라 히트싱크의 열전달 성능이 분명한 영향을 받는 것을 확인할 수 있었고, 향후 보다 성능을 높이기 위해 어떠한 방향으로 연구가 이뤄져야 할 것인지에 대한 방안을 제시했다. 또한 개발된 그래핀 에어로젤이 다른 구조의 다공성 소재들에 비해 대류 열전달 성능이 월등히 우수함도 확인했다.

김덕종 교수는 "이번 연구를 통해 초경량 히트싱크로 활용 가능한 그래핀 에어로젤의 대류 열전달 특성을 규명했다"고 말하고 "향후 수요 기업들의 요구에 맞춘 추가적인 개선을 거치고 나면 미래 거대한 시장 형성이 예상되는 모빌리티 제품들의 성능을 극대화하는 데 이번 연구 성과가 크게 기여할 것으로 기대된다"고 강조했다.