원적외선, 원적외선 방사율, 원적외선 방사율이 높은 물질

원적외선(far infrared, FIR)은 적외선을 파장(전자기파 진동의 길이)에 따라 나눴을 때 가시광선에서 가장 먼, 즉 파장이 가장 길고 진동수는 가장 낮은 범위에 해당하는 전자기파를 말한다. 파장이 15 μm 에서 1 mm 사이 (주파수로 20 THz ~ 300 Ghz)를 통상 원적외선으로 구분한다. 적외선 영역의 빛의 공통적인 특성이나 원적외선은 가시광선보다 파장이 길어서 눈에 보이지 않는다. 또한 파장이 길기 때문에 침투력이 강하며, 열작용(온도 상승 효과)가 강하다. 또한, 분자 내부의 진동 운동(Scissoring, Twisting, Rocking, Wagging)과 파장이 비슷하여 분자에 대한 공진 및 공명 작용이 강하기 때문에 열작용이 높으며, 의료용 등으로 사용되는 경우가 상당히 존재하며, 인체에 대해 온열효과가 높다.

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원적외선과 관련된 주요 법칙

키르히호프(Kirchhoff)의 복사법칙 : 복사파의 분포가 물체의 종류에 따라 다르지 않고, 오직 온도에만 의존한다

흑체(黑體, 영어: black body) : 진동수와 입사각에 관계없이 입사하는 모든 전자기 복사를 흡수하고 이를 다시 복사에너지로 방출하는 이상적인 물체이다. 흑체와 대비되는 개념으로 입사하는 모든 전자기 복사를 반사하는 물질을 백체(white body)라 한다.

슈테판-볼츠만의 법칙(Stefan-Boltzmann law) : 복사에너지는 절대온도의 4제곱에 비례하며, 온도에 따른 파장별 복사에너지 곡선은 슈테판-볼츠만 곡선이라는 특정 형태를 따른다.

그림. 슈테판-볼츠만 곡선(출처 : www.wikipedia.org)

 

원적외선의 측정

적외선 에너지의 측정은 FT-IR(푸리에 변환 적외선 분광분석기, Fourier Transform - Infra-Red Spectroscopy)를 이용하여, 파장별로 측정 가능하다. 어떤 물질이 원적외선 방사율이 높은지의 여부는 특정 온도에서 흑체(Black Body)대비 방사율로 표현하며, 이는 0~1 사이의 값을 가진다. 물질의 원적외선 방사율을 측정할 수 있는 FT-IR은 흑체를 구현할 수 있는 흑체로가 설치되어 동시에 비교할 수 있도록 고안되어 있다.

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원적외선 방사율이 높은 물질

일반적으로 금속들이 전자기파의 반사율이 높기 때문에 원적외선 방사율이 낮은 편이며, 일라이트, 제올라이트 등 SiO2, Al2O3 등의 세라믹 계열의 혼합물들이 원적외선 방사율이 높은 것으로 알려져 있다.

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원적외선의 응용

원적외선 방사율이 높은 물질은 의료용 온열기, 복사난방기기. 복사열을 이용한 가열기 등에 많이 사용된다. 후라이팬 코팅 등에 사용되는 물질도 일반적으로 원적외선 방사율이 높다. 이와 같은 원적외선 방사 코팅 물질에 필요한 물성으로 0.90 이상의 높은 원적외선 방사율 외에 접착력, 높은 열전도도(보통 코팅을 얇게한다.), 내구도(경도) 등이 있다.