[지금은 과학] 에너지 없이 표면 온도 10도 내렸다…새로운 복사냉각 소재 개발


생기원 김건우 박사팀, 원적외선 투과시키는 나노섬유 제안

일반 섬유를 입었을 때 신체로부터 나오는 복사열이 빠져나가지 못하고 내부에 갇힌 모습 (열화상 사진) [사진=한국생산기술연구원]

[아이뉴스24 최상국 기자] 몸에서 나는 열을 효과적으로 발산하고, 외부에서 오는 열은 반사시켜 신체 온도를 쾌적하게 유지할 수 있는 나노섬유 소재가 개발됐다.

옷감은 물론 화장품, 건물, 자동차 등 다양한 분야에서 에너지 절감을 위한 소재로 활용이 기대된다.

26일 한국연구재단은 한국생산기술연구원 김건우 박사 연구팀이 체온을 높일 수 있는 외부 빛은 반사하고 신체에서 나오는 복사열은 방사 및 투과시킬 수 있는 복사 냉각 섬유소재를 개발했다고 소개했다.

'복사냉각'은 8~12마이크로미터 파장의 원적외선 영역은 우주로 쉽게 방출이 가능하다는 현상을 이용한 냉각 방식이다. 표면의 관련 파장 복사열을 증가시키는 방식이어서 열 방출을 위한 별도의 에너지가 필요없다.

효과적인 복사 냉각소재는 신체 외부로부터 들어오는 열(자외선, 가시광선, 근적외선)을 차단하고 신체의 열(원적외선)은 방출해야 한다. 기존의 복사냉각 소재 연구는 고분자 소재가 원적외선을 잘 흡수하는 특성을 활용해 원적외선 흡수/방사에 초점을 맞췄다. 반면 김건우 박사 연구팀은 처음으로 원적외선을 투과시키는 나노섬유를 설계했다.

(왼쪽) 일반섬유에 비하여 태양복사열의 반사율이 높고 신체복사열 및 대기의 창 영역에서 투과율이 높은 나노섬유의 광학특성. (오른쪽) 사람과 비슷한 양의 열발산하는 표면 (50W/m2)을 덮은 일반섬유 및 나노섬유 샘플 사진(위) 및 열화상 사진(아래). 빨간색에 가까울수록 높은 온도를 나타냄. ※대기의 창 : 대기에 흡수되지 않는 에너지 파장 영역 [사진=한국생산기술연구원]

연구팀은 전기방사로 만들어진 약 600 나노미터 직경의 부직포를 바탕으로 섬유의 형태를 최적화해 태양복사에너지의 중심 파장인 250~2500 나노미터의 빛은 90% 이상 반사시키고, 피부온도에서 발생하는 8~12마이크로미터 파장의 원적외선은 50% 이상 투과시키는 섬유를 만드는 데 성공했다.

연구팀은 "실제 개발된 섬유는 기존 섬유에 비해 표면 온도를 10도 이상 냉각시키는 효과가 있었다"고 밝혔다.

고분자 섬유 소재는 유연하기 때문에 다양한 표면에 쉽게 적용할 수 있다는 장점도 있다. 김건우 박사는 "고분자소재만을 활용해 가시광선 영역에서 90%가 넘는 반사율과 적외선 영역에서 자유로운 투과도 조절이 가능한 섬유를 개발했다"고 연구내용을 소개하면서. "국내외 어떤 연구그룹도 시도하지 않은 분야로 피사체의 적외선 흡수/방사율과 상관없이 복사냉각을 최대한 증가시킬 수 있다는 점에서 매우 고무적인 신소재"라고 자랑했다.

김 박사는 "이번 연구는 지구온난화 대응을 위한 연구 과정에서 나온 하나의 산물"이라며 "공조에너지의 효과적인 절감은 물론 건축소재, 자동차소재, 화장품 등 다양한 분야에 응용될 것"으로 기대했다.

이 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업의 지원으로 수행됐으며, 논문은 국제학술지 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’에 10월 18일 온라인으로 게재됐다. (논문명 : Highly Sunlight Reflective and Infrared Semi-Transparent Nanomesh Textiles)

/최상국 기자(skchoi@inews24.com)







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