| 고성능 전자제품에 활용되는 차세대 열유송 유체 '나노 유체' |
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열과의 전쟁이라 해도 과언이 아닐 정도로 컴퓨터, 핸드폰 등 고성능 전자제품 업계는 차세대 제품 개발에 있어 발열문제로 골치를 앓고 있다. 고성능 전자제품에서의 발열문제는 비단 제품을 생산하는 업계만의 문제가 아니며, 제품을 사용하는 사용자들도 CPU 과열에 의한 컴퓨터 다운 등 발열의 심각성을 실제로 경험하고 있다. 최근 인텔은 약 10년 후에 개발될 컴퓨터칩의 발열량이 같은 면적의 ‘핵반응기(Nuclear reactor)'가 방출하는 열의 크기가 될 것으로 예상했다. 이 정도의 열은 컴퓨터칩의 성능을 떨어뜨리거나 컴퓨터의 작동을 멈추는 정도가 아니라, 열이 제대로 제거되지 않으면 칩을 수초 내로 태워 녹여버릴 정도의 심각한 수준에 해당한다. 발열문제에 부딪혀 성능 향상에 어려움을 겪던 컴퓨터칩 업계에 최근 청신호가 켜지고 있다. 컴퓨터를 포함한 차세대 고성능 전자제품에서의 발열문제를 해결하여 고성능 칩 개발의 문을 열 수 있는 길이 마련되었기 때문이다. ‘나노유체(Nanofluid)를 이용한 진동 히트파이프’가 바로 그것이다. 연구 결과에 의하면, 나노유체를 이용한 진동 히트파이프는 기존의 진동 히트 파이프보다 6배 정도의 냉각 성능 향상을 보이고 있으며, 이러한 냉각 성능 향상은 차세대 개발될 컴퓨터칩의 성능에 직접적인 영향을 주게 될 것이다. 1970년부터 히트파이프는 대표적인 전자부품 냉각장치로써 노트북 등에 널리 사용되어 왔다. 히트파이프는 파이프 내를 순환하는 유체가 액체-기체 상태로 상을 계속 변화하면서 열을 전달하는 원리로 작동한다. 지금까지 히트파이프에는 ‘물’등의 일반유체가 사용되어 왔으나, 차세대 냉각 장치에는 일반유체에 비해 높은 열전도율을 갖는‘나노유체'가 사용될 예정이다. 나노유체란 물, 오일과 같은 일반유체에 소량의 나노 크기를 갖는 입자를 균일하게 분산, 부유시켜서 만든 유체이다. 2001년 나노입자를 유체에 단지 소량만을 주입하여 원래 유체보다 훨씬 높은 열전도율을 얻을 수 있다는 연구 결과가 저명 학술지(Applied Physics Letters)에 발표되었고 그 이후부터 나노유체에 관한 연구 결과들이 여러 학술지에 급격히 발표되고 있다. 이와 같은 나노유체 관련 기술분야에서 특허출원도 급증하고 있다. 특허청(청장 전상우)에 따르면, 나노유체 관련 기술의 특허출원이 2000년 전후 15건 정도에서 2006년에는 288건이 출원되어 6년 만에 20배 정도의 출원이 증가하였다. 세부적으로 나노유체는 나노유체를 구성하는 나노 크기의 입자를 제조하는 기술, 제조된 나노입자를 유체 내에 고루 분산시키는 기술과 생산된 나노유체를 실제로 냉각장치 등에 응용하는 기술과 관련된다. 나노입자 제조 기술은 2000년 전후의 10건 정도에서 작년 2006년에는 214건 정도로 출원 건수가 급증하고 있으며, 나노입자 분산기술에 관련 출원 역시 2000년 전후의 5건 정도에서 2006년 57건에 이르고 있다. 나노유체를 장치에 응용하는 기술 관련 출원 또한 지속적으로 증가 추세에 있으며, 특히 2003~2004년에 출원된 ‘나노유체를 이용한 히트파이프’, ‘나노유체를 이용한 2상 유동 서모사이펀’,‘나노유체를 이용한 냉동 사이클’, ‘나노유체 냉각수를 이용한 컴퓨터 중앙처리장치의 냉각장치’등은 국내에서도 나노유체를 이용한 냉각장치 개발이 활발하고 있음을 보여주고 있다. 현재 차세대 냉각장치에서 새로운 형태의 열유송 유체로서 그 가능성을 인정받으며 자리를 굳건히 다지고 있는 나노유체는 앞으로 전자제품 냉각장치 이외에 다양한 활용분야가 기대된다. 특히 산업용, 건물용, 수송용 등 산업 전 분야의 열교환 시스템 및 가정용 냉장고, 자동차 엔진 냉각기, 히터, 온수기, 공조 설비, 냉각탑 등 고효율의 열교환 장치에 활용될 수 있으며, 차세대 마이크로 및 나노 장치의 바이오 센서 등에서 새로운 연구 분야로서의 활약 또한 기대된다. |
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