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[4차 산업혁명 핵심 소재 - 메타물질③] 메타물질 완전흡수체 개발 '핫이슈'

[뉴스비전e 박준상 기자] 최근 사물인터넷(IoT), 5G 등 첨단 ICT 기술 발전과 함께 첨단 부품에 대한 수요가 급증하면서, 기존 소재의 한계를 뛰어넘을 수 있는 새로운 소재나 구조에 대한 관심이 높아지고 있다.

특히 투명망토, 슈퍼렌즈 등으로 알려진 메타물질은 자연계에 존재하지 않는 특성을 가지는 가공된 인공물질로 전자파, 통신, 운송, 위성, 국방 등의 다양한 산업에 활용이 가능해 파급효과가 매우 클 것을 기대되고 있다.

미국 시장조사업체 BCC리서치에 따르면 세계 메타물질 시장규모는 오는 2020년 10억 달러에 달할 것으로 전망되고 있다.

4차 산업혁명을 선도할 차세대 핵심 소재인 메타 물질에 대해서 자세히 살펴 본다. [편집자주]

< 메타물질 완전흡수체 / 미 하버드 대학 >

[③ 메타물질 완전흡수체 개발, 전세계 연구기관의 '핫이슈' ]

최근 메타 물질 연구에 있어 완전흡수체(Metamaterials perfect absorber) 개발 기술이 뜨거운 감자로 떠오르고 있다.

메타물질 완전흡수체 기술은 빛이나 음파, 복사열, 전자파를 선택적 파장 영역에서 완전히 흡수할 수 있는 기술로, 지난 2008년 미국 보스턴 대학 물리학과 랜디(Landy) 교수에 의해 최초로 제안된 이후 열방사체(Thermal emitter), 자연적인 에너지원으로부터 발생하는 에너지를 전기 에너지로 전환시켜 수확하는 에너지하베스팅(Energy harvesting) 센서와 공간 광변조기(spatial light modulators, SLM) 등의 응용에 많은 잠재력을 가지고 다양한 ICT 응용에 연구가 되어 왔다.

메타물질 완전흡수체는 구조나 소재를 바꿔 선택적 파장 영역을 원하는 만큼 완전히 흡수할 수 있기 때문에 많은 관심을 받고 있으며 기존 기술 보다 소형화, 경량화, 박막화 등이 가능하기 때문에 다양한 산업 및 군수 분야 등에서 많은 응용이 가능하다.

< 메타물질 완전흡수체 기술 응용분야 / ETRI >

예를 들어 군용 스텔스 기술의 경우, 메타물질 완전흡수체를 적용하게 되면, 기존 소재를 사용하는 것에 비해 훨씬 더 얇고 가볍게 제작할 수 있어 다양한 군용 이동체의 레이더 피탐용 등으로 적용이 가능하다.

전투기 또는 레이저 유도 미사일 등에 사용되는 적외선 파장의 빛에 대해 메타물질 완전흡수체를 이용하여 입사되는 빛을 거의 흡수해 레이더에 감지되지 않게 할 수 있다.

또한, 메타물질 완전흡수체의 경우, 외부 신호에 의해 능동적으로 실시간 특성 조절이 가능하기 때문에 군용 이동체의 능동 위장 기술에 적용이 가능하다.

메타물질 완전흡수체 기술의 산업 응용으로는 고효율 태양광, 태양열 발전 에너지 분야, 초고속, 저전력 차세대 광통신 · 광소자 분야, 고민감 차세대 센서 분야, 고해상도 차세대 홀로그램 · 디스플레이 분야 등을 꼽을 수 있다.

이외에도 기존 소재나 소자를 소형화, 박형화시켜 고효율 초박형 유연 태양전지, 웨어러블 헬스케어용 초소형 안테나, 웨어러블 열전소자 등 다양한 첨단 웨어러블 ICT 디바이스등에도 응용 가능하다.

< 메타물질 완전흡수체 구조/ osapublishing.org >

메타물질 완전흡수체 기술 개발과 상용화를 위해 세계적으로 많은 연구가 진행되고 있다.

미국 하버드대학, MIT, 버클리, 펜실베이나 주립대학교, 영국의 사우스햄튼 대학, 독일 막스플랑크 연구소 등이 메타물질 완전흡수체 개발에 심혈을 기울이고 있다.

국내에서는 서울대, 고려대, 한국과학기술원, 연세대, 이화여대 등 학계와 한국전자통신연구원, 한국기계연구원 등에서도 원천 연구가 활발히 이루어지고 있다.

박준상 기자  newsvision-e@hanmail.net

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