차량용 안료는 자율주행 차량의 센서에 주로 쓰이며, 라이다 탐지와 복사냉각 특성을 근적외선(NIR) 반사율 60%이상, 측정 오차 없는 탐지 수준까지 발휘해야 좋은 품질로 인정받을 수 있다.
하지만, 기존 차량용 상용 안료는 태양광 흡수가 크고, 색상이나 입사각에 따라 라이다 센서의 인식률이 떨어지는 한계가 있어 여름철 냉각 성능이 떨어지고, 자율주행 안정성에도 불리하게 작용해왔다.
이를 해결하기 위해 공동연구팀은 광학적 특성을 고려해 기존 세라믹 안료에 원소를 도핑하는 새로운 접근을 시도했다. 이산화망간(검정), 산화크롬(녹색), 비스무스바나데이트(노랑), 산화철(적색) 등 기존 세라믹 안료에 칼슘, 이산화티타늄, 탄탈럼 등의 원소를 도핑하고, 입자 크기를 최적화함으로써 입자 기반 후방 산란(back-scattering)을 극대화했다.
그 결과, 태양광 반사도를 높이고 다양한 색상과 각도에서도 라이다 인식률을 향상시키는데 성공했으며, 근적외선(NIR) 반사율이 기존 대비 20-60% 이상 향상됐으며, 0-60도 범위의 다양한 입사각에서도 오차 없이 정확한 라이다 거리 탐지가 가능했다.
개발된 세라믹 안료는 고상법(Solid-state reaction) 공정을 통해 비교적 간단하게 대량 생산할 수 있으며, 수지와 혼합해 차량 외장에 적용 시 복사냉각과 라이다 인식 성능을 동시에 확보할 수 있다는 것을 확인했다.
또한, 실제 차량 환경에 적용 가능한 다양한 기능성 코팅층을 제작하고, 안개 등의 기상 조건에서도 테스트를 진행한 결과, 반사율 및 라이다 인식 성능의 변화가 미미함을 확인해 실용화 가능성을 입증했다.
김영재 박사는 "실외에서 진행한 냉각 실험에서 주변 온도 대비 최대 6℃ 이상의 냉각 성능을 확인했다"며, "이번 기술은 건축 자재, 자동차, 데이터센터, 야외 전자장비 등 고온 환경에서 열 관리가 필요한 다양한 분야에 적용될 수 있어, 향후 에너지 절감과 탄소중립 달성에 기여할 수 있을 것으로 기대된다"고 밝혔다.
한편, 이번 연구 성과는 산업통상자원부의 '세라믹 분야 스마트그린제조혁신 지원사업'과 부산대 'BK21 FOUR 대학원혁신지원사업'의 지원을 받아 달성한 것으로, 재료과학 분야 국제 저명 학술지인 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'(Impact Factor 14.3, JCR 상위 6.5%) 4월 30일 온라인 게재됐다.
진주=강연만 기자 kk77@kukinews.com
