[로이슈 전여송 기자] 숭실대학교(총장 이윤재)는 기계공학부 박성훈 교수 연구팀이 일반 금속 표면보다 얼음 부착력을 약 98.6% 낮춘 아이스포빅(Icephobic) 코팅 기술을 개발했다고 3일 밝혔다.

이번 연구는 얼음이 표면에 달라붙는 힘을 줄이면서 코팅층 자체의 접착력과 내구성을 유지하도록 설계한 기술이다. 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 게재됐다.

항공기와 극지 선박, 풍력발전기, 산업용 열교환기 등에서 발생하는 결빙은 장비의 작동을 방해하고 에너지 소비와 유지관리 비용을 증가시키는 요인이다. 자율주행차의 레이더·라이다 센서와 극지 감시장비 등 정밀 장치에서도 결빙에 따른 성능 저하가 발생할 수 있다.

기존에는 전기히터나 기계적 제빙 장치를 이용해 얼음을 제거하는 방식이 사용돼 왔다. 표면에 얼음이 달라붙는 힘을 줄이는 코팅 기술도 개발됐지만, 코팅층의 접착력과 내구성이 부족하거나 두께가 얇아지면 제빙 성능이 저하되는 문제가 있었다.

연구팀은 분자 간 결합이 끊어졌다가 다시 형성되는 특성을 가진 폴리보로실록산(Polyborosiloxane, PBS)을 활용했다. 실리콘계 고분자에 PBS의 가역적 동적 결합 구조를 도입해 외력이 가해질 때 분자 결합이 재배열되면서 응력을 완화하도록 설계했다.

이를 통해 얼음과 코팅 표면 사이의 부착력을 낮추면서 코팅층은 바탕 소재에 부착된 상태를 유지하도록 했다.

연구팀에 따르면 개발한 코팅의 얼음 부착 강도는 약 6.4kPa로 측정됐다. 이는 일반 금속 표면보다 약 98.6% 낮은 수치로, 얼음을 떼어내는 데 필요한 힘이 약 70분의 1 수준으로 감소한 것이다.

코팅층의 접착 강도는 일반 실리콘계 코팅보다 약 9배 높게 나타났다. 또한 머리카락보다 수십 배 얇은 초박막 형태에서도 얼음 부착 강도를 낮게 유지하는 것으로 확인됐다.

반복적인 결빙과 제빙, 마찰·마모, 접착테이프 박리 및 환경 안정성 시험에서도 낮은 얼음 부착 강도가 유지됐다고 연구팀은 설명했다.

제작에는 스프레이 코팅과 딥 코팅 공정을 활용할 수 있다. 연구팀은 이를 통해 복잡한 형상의 부품이나 넓은 면적의 산업 설비에도 코팅을 적용할 수 있을 것으로 보고 있다.

연구팀은 극지 선박과 항공기, 풍력발전기뿐 아니라 냉동창고, 냉장·냉동 가전, 산업용 열교환기 등에 기술을 적용하는 방안을 검토하고 있다. 극지 감시장비와 CCTV, 자율주행차 센서 등 결빙에 영향을 받는 정밀 장치도 적용 대상으로 제시했다.

다만 실제 산업 현장에서의 장기 내구성과 에너지 절감 효과는 추가 검증이 필요한 단계다. 연구팀은 향후 현장 실증을 통해 코팅의 장기 성능과 제빙 장치의 에너지 사용량 감소 여부를 확인할 계획이다.

이번 연구는 박성훈 숭실대 기계공학부 교수가 교신저자, 남건우 연구원이 제1저자로 참여했으며 한국에너지기술평가원(KETEP)의 에너지정책 융합대학원 사업 지원을 받아 수행됐다.

박성훈 교수는 “극지 선박과 항공기, 풍력발전기부터 냉동설비와 열교환기까지 적용 분야를 넓히고, 산업 현장 실증과 기술 고도화를 통해 실용적인 제빙 기술로 발전시킬 계획”이라고 말했다.

전여송 로이슈(lawissue) 기자 arrive71@lawissue.co.kr