[교육이 미래다] 온도 변화에 따라 냉각·가열 가능한 기후적응형 필름 소재 만들어

중앙대학교

중앙대학교 연구진이 온도 변화에 따라 냉각·가열이 가능한 기후적응형 필름 소재를 개발했다. 향후 전기차·플랜트·배터리·건물 외벽 등 다양한 분야에서 활용될 것으로 기대된다.

중앙대는 첨단소재공학과 유영재 교수팀과 한국화학연구원 김용석 박사팀이 공동연구해 ‘냉각·가열 특성전환 및 열전발전 수동복사열전달 필름소재’를 개발했다고 23일 밝혔다.

이번 연구는 수동복사냉각 기술을 바탕으로 이뤄졌다. 이는 모든 물체가 자발적으로 전자기복사를 방출하는 원리를 활용해 열은 방출하고 태양 빛은 반사하는 방식으로 외부 전원 공급 없이 표면 온도를 낮추는 기술이다. 추가 에너지 공급 없이 에너지 절감 효과가 가능해 전 세계적 관심을 받고 있다.

문제는 냉각이 필요한 낮이나 태양광 노출이 많은 여름철에는 태양의 복사에너지가 물체가 방출하는 열복사를 상쇄시키는 탓에 원하는 효과를 내기 어렵다는 점이다. 그간 많은 연구진이 무기물·광결정·고분자 등을 이용해 소재를 개발했지만, 복잡한 구조, 낮은 유연성, 성능 저하 등의 한계점이 있었다.

공동연구팀은 온도에 따라 색이 변하는 열 변색 안료와 중공입자를 활용해 필름을 제작, 이런 문제를 해결했다. 온도가 낮을 땐 태양열을 흡수하고 중적외선 방출을 억제하는 반면, 온도가 높을 땐 복사 냉각을 일으켜 주변보다 온도를 낮추는 새로운 필름 소재를 선보인 것이다. 외부 기후조건에 따라 효율적인 광학 특성을 갖도록 구조를 제어한 결과, 여름철에도 충분한 냉각 효과를 발휘하는 것을 입증했다.

연구팀이 개발한 필름은 추운 날씨에도 효과를 보였다. 필름과 주변 환경의 온도 차를 이용해 전기를 생산하는 열전 발전기와 함께 사용 시 에너지 관리 효율이 크게 개선될 것으로 기대를 모은다.

이번 연구는 산업통상자원부가 주관하는 산업연계형 저탄소 공정 전환 핵심기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구결과는 응용 화학 분야 저명한 학술지 ‘Journal of Energy Chemistry’의 9월 표지 논문(사진)으로 선정됐다. 유영재 교수는 “새롭게 개발한 필름은 복사 냉각과 에너지 하베스팅에 유망한 기술”이라며 “건물·수송기기의 에너지 관리 방식을 혁신할 것”이라고 기대했다.

박지원 중앙일보M&P 기자 park.jiwon5@joongang.co.kr