나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 공정 열 물리 연구소 산하 열전달 연구 센터 소속 광전자 시스템 열 관리 연구팀은 원가가 낮고 제조가 용이한 핵 비등(nucleate boiling) 자체 조립 방법을 심층적으로 연구하였으며 성능이 우수한 산화그래핀(GO) 비등 표면을 제조하는데 성공함.

GO를 제작하는 방법은 대부분 화학기상 증착 방법, 층 증착, 전기화학 등 방법을 사용하여 열 전단 기반 재료에서 카본 나노 구조 표면을 구축하고 비등 열전달 성능을 뚜렷하게 향상시키고 있는 상황이지만 이런 제조 방법은 프로세스가 복잡하고 설비에 대한 요구가 비교적 높고 가공 원가가 높으며 시간이 비교적 길고 확장성이 높지 않기 때문에 대규모 공정 응용을 실현하기 어려운 상황임. 때문에 연구팀은 자체 조립 증착 매개 변수를 선택하고 제어하여 최적의 그래핀 2차원 층압(層壓) 구조 표면을 취득하였는데 임계 열류(熱流) 밀도와 열전달 계수(heat-transfer coefficient)는 261W cm-2와 9.1W cm-2 K-1 수준에 도달한 것으로 나타났으며, 원초 상태의 구리 평면보다 104%와 73% 향상되어 우수한 내구성을 나타냈으며 기술 수준은 국제 선진 수준에 도달한 것으로 나타났음. 연구팀은 이번 연구를 통해 다양한 표면의 기포 동력학 행위에 대한 가시화적인 연구를 실행하였으며, 미시적 구조, 습윤성, 조도(roughness), 열 환원 효과와 열 활성 등에 대한 표면 특징 분석을 통해 GO 표면 강화 비등 열전달 관련 메커니즘을 밝혀내는데 성공함. 연구팀이 제조한 GO 자체 조립 비등 표면은 높은 확장성을 보유하고 있기 때문에 여러 가지 기판에서 형성될 수 있으며, 더욱 큰 면적으로 확장할 수 있을 뿐만 아니라 이러한 평면형 강화 비등 구조는 3차원 강화 비등 구조로 확장할 수 있기 때문에 열 취득 및 열 유동 밀도와 열 교환 계수를 대폭 향상시킬 수 있는 것으로 나타났음.

이러한 GO 자체 조립 표면은 공정 응용 분야에서 큰 우세를 보유하고 있으며, 실제 응용 과정에서 하이 파워 밀도 전자 디바이스 열 발산 난제를 해결할 수 있기 때문에 에너지 시스템의 효율성을 개선하고, 비용을 감소시키고, 안정성을 향상시킬 수 있기 때문에 밝은 응용 전망을 보일 것으로 기대됨.

본 연구 성과는 ‘Carbon’에 게재됨