▲ 세라믹 안료의 광학적·온도·라이다 탐지 측면의 장점 및 개선점(출처: 한국세라믹기술원)

한국세라믹기술원(원장 윤종석, 이하 세기원)이 고온 환경에서 열 관리가 필요한 자동차 등 다양한 분야에 적용 가능한 세라믹 안료를 개발해 에너지 절감과 탄소중립 달성에 기여할 전망이다.

세기원은 김영재 박사와 서용준 연구원, 부산대학교(총장 최재원) 전자공학과 이길주 교수와 정익훈 연구원으로 구성된 공동 연구팀이 ‘차량용 안료의 광학적 문제를 해결하고 복사냉각 및 라이다 탐지 기능을 동시에 구현할 수 있는 상용화 수준의 세라믹 안료’를 개발했다고 20일 밝혔다.

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.

그러나 기존의 차량용 상용 안료는 태양광 흡수가 크고, 색상이나 입사각에 따라 라이다 센서의 인식률이 떨어지는 한계가 있어 여름철 냉각 성능이 떨어지고, 자율주행 안정성에도 불리하게 작용해왔다.

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 대량생산할 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.

세기원 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.