이 연구 주제는 나노미터 수준의 간격에서 급격히 증대되는 근접장 복사열전달 현상을 활용하여 열에너지를 전기에너지로 변환하는 차세대 열광전 시스템을 개발하는 데 초점을 둔다. 연구실은 특히 폐열 회수와 태양에너지 활용을 위한 고발전량 근접장 열광전변환 모듈에 주목하며, 기존 원거리 복사 기반 시스템의 한계를 극복할 수 있는 고효율 에너지 변환 구조를 설계하고 있다. 이 과정에서 복사, 전기, 열 거동이 강하게 결합된 복합 물리 현상을 정밀하게 해석하는 것이 핵심이다. 구체적으로는 쇼트키 접합 기반 열광전지, 양면형 근접장 열광전변환기, 실리콘 지지층 내부 냉각 채널 구조, 다중 버스바 전극 설계, 표면 플라즈몬 및 메타물질 기반 방사 특성 제어 등이 주요 기술 요소로 다루어진다. 연구실은 fluctuational electrodynamics, 소수 캐리어 분리 모델, 계산유체역학을 결합한 다중물리 해석을 통해 광전지 온도 분포, 전극 손실, 직렬저항, 복사 플럭스 흡수 특성 등을 종합적으로 예측한다. 이를 통해 고온 방사원 조건에서도 높은 출력과 안정적인 열관리가 가능한 소자 구조를 제안하고 있다. 이 연구는 반도체 소자의 폐열 재활용, 고온 산업 공정의 에너지 회수, 소형 고효율 발전 모듈 개발에 직접적으로 연결될 수 있다는 점에서 응용 가치가 크다. 또한 플라즈모닉 구조, 그래핀, 하이퍼볼릭 메타물질 등 나노광학 소재를 접목함으로써 에너지 변환 효율을 더욱 높일 수 있는 가능성을 탐색하고 있다. 궁극적으로는 나노 스케일 복사열전달 메커니즘의 이해를 바탕으로 차세대 열에너지 하베스팅 플랫폼을 구축하는 것이 이 연구의 중요한 방향이다.

이 연구 주제는 외부 에너지 소비를 최소화하면서 물체의 온도를 낮출 수 있는 복사냉각 소재와 구조를 개발하는 데 중점을 둔다. 연구실은 태양광 영역에서는 높은 반사율을, 대기창 영역에서는 높은 방사율을 구현하는 재료 및 표면 구조를 설계하여 주간 환경에서도 효과적인 수동 냉각이 가능한 기술을 연구하고 있다. 이는 건물 외피, 전자소자 패키지, 유연 필름, 기능성 코팅 등 다양한 응용 분야에서 에너지 절감형 열관리 솔루션으로 확장될 수 있다. 대표적으로 분무 코팅 기반의 이중층 복사냉각 페인트, 격자무늬 구조를 갖는 유연 복사냉각 필름, 광학·열 물성 기반 성능 평가 기술이 연구되고 있다. 소재 설계 단계에서는 태양 스펙트럼 반사 특성과 중적외선 방사 특성을 함께 고려하며, 몬테카를로 해석이나 복사전달 모델링을 통해 구조와 조성의 영향을 정량적으로 분석한다. 또한 기계학습 기반 고속 최적화 알고리즘을 활용하여 응용별 맞춤형 복사냉각 소재를 빠르게 설계하고, 실제 제작된 소재의 내구성·확장성·냉각 성능을 실험적으로 검증한다. 이 연구의 파급효과는 냉방 에너지 절감, 전자기기 발열 저감, 친환경 열관리 소재 개발에 있다. 특히 능동 냉각 장치 없이도 온도를 낮출 수 있기 때문에 탄소중립과 에너지 효율 향상 측면에서 매우 중요하다. 연구실은 실험과 계산, 최적화 기법을 통합하여 성능과 제조 용이성을 동시에 만족하는 복사냉각 플랫폼을 구축하고 있으며, 향후 대면적 제조와 산업 현장 적용 가능성을 높이는 방향으로 연구를 확장하고 있다.

이 연구 주제는 고열유속 반도체 소자와 미소 유체 시스템에서 발생하는 복잡한 열전달 문제를 해결하기 위한 열관리 기술과 정밀 계측 기술을 다룬다. 연구실은 반도체 박막-공동 3차원 구조, 칩 레벨 냉각, 초저온 냉열설비, 패키지 방열 구조와 같은 실용적 문제를 대상으로 열 설계와 열저항 저감 방안을 연구하고 있다. 동시에 극미량 유체의 열물성 측정 기술을 개발하여 새로운 냉각 매체와 미세유체 시스템 해석의 기반 데이터를 확보하고 있다. 주요 연구 내용으로는 반도체용 초저온 칠러 개발, 내부 공동을 갖는 웨이퍼 제작 기술, 계면열저항 및 이방성 열전도도 정밀 측정, 히터 집적 마이크로채널 공진기를 이용한 피코리터급 액체의 밀도·점도·조성 측정 등이 있다. 이러한 연구는 단순한 열전달 해석을 넘어 MEMS 기반 센서, 라만 분광 통합 측정, 진공 환경 운전, 상변화 측정 등과 결합되어 고정밀 계측 플랫폼으로 발전하고 있다. 또한 반도체 패키지의 진공 방열 성능 향상과 같은 실제 산업 문제에도 적용 가능성이 높다. 이 연구는 차세대 반도체와 전자 시스템의 신뢰성 확보에 필수적인 열 설계 역량을 강화한다는 점에서 중요하다. 고집적화가 진행될수록 소자 내부의 국부 과열, 계면 열저항, 냉각 한계 문제가 심화되므로 정밀한 열물성 데이터와 실효성 있는 냉각 기술이 필요하다. 연구실은 미시적 계측 기술과 거시적 열시스템 설계를 연계함으로써 반도체 공정, 패키징, 냉각장비, 미세유체 분석 분야를 아우르는 융합형 열공학 연구를 수행하고 있다.