인공지능(AI)데이터센터와 모바일 기기, 전기차 배터리 등의 발열 문제를 해결할 수 있는 친환경 냉각 기술이 개발됐다.
이는 물이나 별도의 전력 공급 없이 공기 중 수분을 흡수해 전자기기의 열을 낮추는 방식이다.
DGIST(총장 이건우) 화학물리학과 김성균 교수 연구팀은 공기 중 수분을 저장했다가 전자기기에서 발생하는 열을 이용해 증발시키는 방식의 차세대 ‘수동 냉각(Passive Cooling) 필름 소재’를 개발했다고 6일 밝혔다.
최근 AI 기술의 급격한 발전으로 대규모 데이터센터가 잇따라 구축되면서 서버에서 발생하는 열을 식히는 데 필요한 전력과 냉각수 확보가 새로운 과제로 떠오르고 있는 가운데, 스마트폰 등 모바일 기기와 전기차 배터리 역시 좁은 공간에서 발생하는 열을 효율적으로 제거하는 기술이 중요해지고 있다.
기존 냉각 방식은 팬이나 펌프 등을 작동시키기 위해 전력이 필요하거나 냉각수와 복잡한 장치를 사용해야 한다는 한계가 있어, 별도 외부 에너지 투입 없이 열을 낮추는 ‘수동 냉각’ 기술이 주목받고 있지만, 기존 흡습성 소재는 대부분 딱딱한 결정성 고체 형태여서 전자기기 표면에 밀착하기 어렵고 수분을 머금은 상태에서 기기 부식을 일으킬 수 있다는 문제가 있었다.
연구팀은 이 같은 한계를 해결하기 위해 수분 저장 능력이 뛰어난 ‘나노셀룰로오스’와 강한 흡습성을 가진 유기 이온성 분자를 결합했다. 이를 통해 유연하면서도 접착력이 뛰어난 필름 형태의 소재를 구현했다.
이 필름은 완전히 건조된 상태에서도 금속과 반도체, 유리 등 다양한 표면에 강하게 달라붙을 수 있는 것이 특징이다. 공기 중 수분을 흡수해 저장하고 있다가 전자기기가 작동하면서 열이 발생하면 저장된 수분을 증발시키면서 표면의 열을 함께 빼앗는 원리다.
특히 수분을 머금은 상태에서도 전자기기 표면을 부식시키지 않아 별도의 보호 코팅 없이 소자에 직접 부착할 수 있다는 점에서 기존 흡습성 냉각 소재와 차별화된다.
실제 전자기기가 지속적으로 작동하는 환경에서 성능을 검증한 결과도 확인됐다.
연구팀에 따르면 개발한 필름은 12시간 이상 전자기기 표면의 온도를 안정적으로 낮췄으며, 최대 18.2℃의 냉각 효과를 나타냈으며, 72.3℃까지 올라간 표면 온도를 54.1℃까지 낮춘 것으로 나타났다.
연구팀은 이번 기술이 별도의 전력이나 냉각수를 공급하기 어려운 전자기기의 열관리 분야에서 활용 가능성이 클 것으로 기대하고 있다. 특히 데이터센터와 모바일 기기, 전기차 배터리 등 지속적인 열 관리가 필요한 분야에서 기존 능동 냉각 시스템의 에너지와 자원 사용을 줄이는 데 기여할 수 있을 것으로 전망된다.
김성균 DGIST 화학물리학과 교수는 “이번 연구는 단순한 친환경 소재 개발을 넘어 기존 수동 냉각 소재가 갖고 있던 부식성, 유연성 및 접착성 부족 등의 한계를 동시에 극복할 수 있는 방향을 제시했다는 데 의미가 있다”고 말했다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부 개인기초연구사업과 DGIST 국제공동연구사업의 지원을 받아 화학물리학과 김현도 박사과정생 주도로 진행됐다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘Small Structures’에 2026년 9월 게재됐다.
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