명지대학교(총장 임연수) 화학공학과 이주형 교수 연구팀이 액체금속의 다기능성을 활용한 페이스트형 광열·전열 이중모드 제설·방빙 소재를 개발했다.

겨울철 결빙은 도로, 항공기, 건축물 등 다양한 분야에서 안전사고를 유발하는 주요 원인으로 지목된다. 특히 최근 기후변화로 한파와 폭설 등 극한 기상 현상이 빈번해지면서, 보다 효과적이고 안정적인 제설·방빙 기술의 필요성이 커지고 있다.

연구팀은 갈륨 기반 액체금속이 지닌 광열 및 전열 특성에 주목해, 이를 활용한 두 종류의 기능성 페이스트를 개발했다. 태양광을 열로 변환하는 ‘광열(photothermal) 페이스트’와 전기 인가 시 발열하는 ‘전열(electrothermal) 페이스트’다.

광열 페이스트는 외부 전력 없이도 태양광만으로 열을 발생시켜 낮 동안 제설·방빙 기능을 수행한다. 또한 상변화물질(PCM)을 적용해 열이 일정 수준 이상 오르는 것을 완화하는 특성을 갖춰, 여름철에는 표면 온도의 과도한 상승을 억제하는 효과도 기대할 수 있다.

전열 페이스트는 흐린 날이나 야간 등 태양광 활용이 어려운 환경에서도 낮은 전압 인가만으로 열을 발생시켜 제설·방빙 기능을 수행한다. 특히 기존 매립형 열선 방식과 달리, 필요한 부위에 직접 도포하거나 패턴을 그리듯 적용할 수 있어 시공의 유연성과 활용성이 높다.

두 소재는 각각 독립적으로 사용 가능할 뿐 아니라, 하나의 시스템으로 통합해 사용할 경우 더욱 향상된 제설·방빙 성능을 보이는 것으로 확인됐다.

또한 해당 소재는 약 10톤 하중에서도 구조적 안정성을 유지하는 등 우수한 기계적 내구성을 갖춰, 차량 통행이 잦은 도로나 다양한 산업 시설에도 적용 가능할 것으로 기대된다.

이번 연구에는 석사과정 송치민 학생이 제1저자로 참여했으며, 한국연구재단 중견연구자 지원사업(창의연구형), 미래도전연구 지원사업, 디지털 기반 기후변화 예측 및 피해 최소화 사업, 석사과정생 연구장려금 지원사업의 지원을 받아 수행됐다.

연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 Journal of Materials Chemistry A에 게재됐으며, 표지논문(Front Cover)으로 선정됐다.

논문 제목은 “Light-on and power-on: a dual mode active de-/anti-icing system using liquid metal-based photothermal and electrothermal pastes”이며, 해당 논문의 DOI는 https://doi.org/10.1039/D5TA10376B 이다.