인천대 김경태 교수, 초근접 영영에서 복사에너지 전달 현상 세계 최초 규명

아주경제 박흥서 기자 =인천대학교 기계시스템공학부의 김경태 교수(37세)가 핵심 주저자로 참여하여 미국 University of Michigan의 연구팀과 함께 수행한 연구가 세계 최초로 2nm (나노미터, 1nm 는 10억분의 1m)의 초근접 영역에서 복사 에너지 전달 현상을 규명하였다.

초근접 영역의 복사 에너지 전달 현상 연구는 혁신적으로 태양전지의 효율을 높일 수 있는 근접-열광전지(near-field thermophotovoltaics)의 개발을 비롯한 나노 에너지 분야의 신기술개발에 있어서 매우 중요한 연구였다.

하지만, 10nm 이하의 초근접 영역에서의 실험이 극한적으로 어려워 계측이 이루어지지 않고 있었으며, 이로 인하여 이론의 완성에도 많은 어려움이 따랐다.

김 교수가 참여한 연구팀은 반도체 공정을 활용하여 수 pW(피코와트, 1pW는 1조분의 1와트)의 초미세열을 나노스케일에서 감지할 수 있는 초고감도 정밀 열센서를 개발하였고, 이를 활용하여 세계 최초로 초근접 영역의 복사 에너지 전달 현상을 계측하는데 성공하였다. 또한, 실험결과를 바탕으로 초근접 영역에서의 복사 열전달 이론을 완성하였다.

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인천대 김경태 교수[1]

본 연구 결과는 12월 7일 세계 최고의 권위지인 <네이처(nature)> 온라인판에 게재되었다.

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김 교수는 “본 연구를 통해 개발된 pW 수준의 미세열량을 계측할 수 있는 나노열센서는 새로운 나노 에너지 개발 분야의 연구에 적극 활용될 것이며, 계측된 실험 결과와 완성된 이론은 초근접 영역의 복사 에너지 전달 현상을 활용한 혁신적인 미래 태양전지의 개발을 가속화 할 것으로 기대된다.”고 하였다.

김 교수는 박사과정 때부터 지속적으로 연구해온 나노열센서의 개발을 토대로 나노 및 원자 스케일의 에너지 현상을 연구하여 최근 2년 반 동안 2 편의 논문을 <네이처(nature)>에, 1 편의 논문을 나노 분야의 최고 권위지인 <네이처 나노테크놀로지(nature nanotechnology)>에 모두 주저자로 게재하는 연구 성과를 거두었다.

그는 최근의 우수한 연구 성과들은 개발과정의 어려움 때문에 남들이 잘 하지 않는 나노열센서의 개발을 10여 년 동안 꾸준히 해왔기 때문에 세계 최고 수준의 열센서를 개발할 수 있었으며, 이를 활용한 새로운 에너지 현상의 연구가 에너지에 대한 세계적인 관심과 잘 맞물린 결과라고 설명하였다.

김 교수에게 있어 놀라운 사실은 그는 기계공학을 전공한 공학자이지만, 기초과학 분야의 연구를 하고 있다는 것이다. 그는 현재 원천기술을 위한 기초과학분야의 연구가 부족한 국내 연구 상황에서 본인의 연구 성과들이 많은 연구자들로 하여금 기초과학분야의 연구에 관심을 갖는 계기가 되기를 희망한다고 하였다.

아울러, 김 교수는 아직도 밝혀지지 않은 나노 및 원자 스케일의 새로운 에너지 현상을 순수 국내 기술의 개발을 통해 지속적으로 연구하여 우수한 연구 성과를 달성하고 싶다고 포부를 밝혔다.