명지대, 액체금속 기반 이중모드 제설·방빙 소재 개발… 광열·전열 통합 적용

태양광·전기 조건별 대응… 도포형 구조로 시공 유연성 확보

겨울철 결빙 문제는 도로와 항공기, 건축물 등 다양한 분야에서 안전사고의 주요 원인으로 작용해 왔다. 특히 기후변화로 한파와 폭설이 빈번해지면서, 환경 조건에 관계없이 안정적으로 작동하는 제설·방빙 기술에 대한 요구가 커지고 있다. 명지대학교 화학공학과 이주형 교수 연구팀은 액체금속을 활용해 광열과 전열 기능을 동시에 구현하는 이중모드 제설·방빙 소재를 개발했다. 이번 기술은 환경에 따라 작동 방식을 전환하는 구조를 적용했다는 점에서 의미가 있다.

기존 제설 기술은 단일 방식에 의존하는 경우가 많았다. 연구팀은 갈륨 기반 액체금속의 특성을 활용해, 태양광을 열로 변환하는 ‘광열(photothermal)’ 페이스트와 전기 자극으로 열을 발생시키는 ‘전열(electrothermal)’ 페이스트를 각각 설계했다. 광열 페이스트는 태양광만으로 열을 발생시켜 별도의 전력 없이 낮 동안 제설·방빙 기능을 수행한다. 또 상변화물질(PCM)을 적용해 과도한 온도 상승을 억제함으로써, 계절 변화에도 대응할 수 있는 구조를 갖췄다. 반면 전열 페이스트는 흐린 날이나 야간 환경에서도 낮은 전압으로 열을 발생시켜 기능을 유지한다.

이번 소재는 적용 방식에서도 차이를 보인다. 기존 매립형 열선과 달리, 필요한 위치에 직접 도포하거나 패턴 형태로 적용할 수 있어 시공 유연성이 크게 향상됐다. 이는 유지보수와 적용 범위 측면에서도 확장성을 갖는다. 두 소재는 독립적으로 사용할 수 있지만, 통합 적용 시 제설·방빙 성능이 더욱 향상되는 것으로 확인됐다. 또 약 10톤 하중에서도 구조적 안정성을 유지하는 기계적 내구성을 확보해, 차량 통행이 많은 도로 환경에서도 적용 가능성이 제시됐다. 이번 연구에는 명지대 송치민 석사과정생이 제1저자로 참여했으며, 연구 결과는 국제 학술지 Journal of Materials Chemistry A 표지 논문으로 게재됐다.

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