입은 듯 안 입은 듯 쿨링 섬유 소재
입은 듯 안 입은 듯 쿨링 섬유 소재
  • 이웃집과학자
  • 승인 2021.10.27 21:59
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외부 열은 반사하고 내부 열은 투과시키는 나노섬유 소재가 개발되었습니다. 외부 온도와 관계없이 인체가 쾌적하게 느낄 수 있는 온도를 유지하는 방식으로 냉난방 등에 드는 공조에너지를 줄이는 데 기여할 수 있을 것으로 기대되는데요.

일반 섬유를 입었을 때 신체로부터 나오는 복사열이 빠져나가지 못하고 내부에 갇힌 모습 (열화상 사진) 그림설명 및 그림 제공 : 한국생산기술연구원 김건우 선임연구원
일반 섬유를 입었을 때 신체로부터 나오는 복사열이 빠져나가지 못하고 내부에 갇힌 모습 (열화상 사진) 그림설명 및 그림 제공 : 한국생산기술연구원 김건우 선임연구원

한국연구재단(이사장 이광복)은 김건우 박사(한국생산기술연구원) 연구팀이 체온을 높일 수 있는 외부 빛은 반사하고 신체에서 나오는 복사열은 방사 및 투과시킬 수 있는 복사 냉각 섬유소재를 개발했다고 밝혔습니다. 복사냉각이란, 8-12마이크로미터의 원적외선 영역은 우주로 쉽게 방출이 가능한 현상을 이용하여 표면의 관련 파장 복사열을 증가시켜 별도 에너지 사용 없이 냉각시키는 기술입니다. 효과적인 복사 냉각소재는 신체 외부로부터 들어오는 열(자외선, 가시광선, 근적외선)을 차단하고 신체로부터 발산되는 열(원적외선)은 투과시켜야 하는데요. 연구팀은 자외선, 가시광선, 근적외선의 단파장을 효과적으로 산란시키고 상대적으로 원적외선을 잘 투과할 수 있는 섬유를 제안했습니다. 

 

섬유의 형태가 최적화된 나노섬유를 통하여 자외선, 가시광선, 근적외선을 90% 이상 반사시키고 원적외선을 50% 이상 투과시키는 파장 선택적인 광학특성을 가지는 섬유를 선보였는데요. 실제 개발된 섬유는 기존 섬유에 비하여 표면 온도를 10도 이상 냉각시키는 효과가 있었습니다.

(왼쪽) 일반섬유에 비하여 태양복사열의 반사율이 높고 신체복사열 및 대기의 창 영역에서 투과율이 높은 나노섬유의 광학특성 (왼쪽 그래프). (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. 그림설명 및 그림 제공 : 한국생산기술연구원 김건우 선임연구원
(왼쪽) 일반섬유에 비하여 태양복사열의 반사율이 높고 신체복사열 및 대기의 창 영역에서 투과율이 높은 나노섬유의 광학특성 (왼쪽 그래프). (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. 그림설명 및 그림 제공 : 한국생산기술연구원 김건우 선임연구원

섬유를 만드는 대부분의 고분자 소재는 자외선, 가시광선, 근적외선은 흡수하지 않으나 원적외선을 잘 흡수하는 특징이 있습니다. 이에 자외선, 가시광선, 근적외선을 효과적으로 산란시키는 형태를 가진 섬유의 다발 안에서 무수히 많은 산란으로 자외선, 가시광선 및 근적외선의 반사를 유도하고, 상대적으로 산란이 적은 원적외선은 섬유 고분자 소재를 투과함으로 원적외선의 흡수를 줄일 수 있습니다. 

 

연구팀은 향후 섬유 이외 건축소재, 자동차소재, 화장품 등 복사냉각이 필요한 분야에 다방면으로 응용하기 위한 연구를 지속할 계획입니다. 

 

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 나노과학 분야 국제학술지 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’에 10월 18일 게재(온라인)되었습다.

논문명 : Highly Sunlight Reflective and Infrared Semi-Transparent Nanomesh Textiles


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