방충망처럼 생겼지만…실내 온도 낮추는 복사냉각 필름

포스텍·고려대

노준석 포스텍 기계공학과·화학공학과·전자전기공학과 교수(왼쪽)와 이헌 고려대 신소재공학과 교수. 포스텍 제공.

매년 기록적인 폭염이 극성을 부리면서 실내 온도를 낮추면서도 전력 소모를 줄일 수 있는 기술 개발이 중요해지고 있다. 국내 연구팀이 방충망처럼 뚫린 구조체를 사용해 내부 온도를 조절할 수 있는 복사냉각 필름을 개발했다. 

포스텍은 노준석 기계공학과·화학공학과·전자전기공학과 교수 연구팀이 이헌 고려대 신소재공학과 교수 연구팀과 공동 연구를 통해 구멍이 뚫린 구조체로 태양열을 조절하는 투명한 복사냉각 필름을 개발했다고 6일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’에 최근 게재됐다. 

물체는 태양빛을 받으면 온도가 올라간다. 별도의 전력이 없어도 물체 스스로 열을 방출해 온도를 낮출 수 있는 기술을 ‘복사냉각’이라고 한다. 최근 투명한 필름에 복사냉각 기술을 적용하는 연구가 활발히 진행 중이다. 

복사냉각 기술을 적용한 현재의 투명 필름은 태양열을 방출하는 동시에 투과시키기 때문에 충분한 냉각 효과가 나타나지 않는다. 이러한 한계점을 해결하기 위해 연구팀은 복사냉각 성능과 투명도를 동시에 갖춘 새로운 필름을 개발했다. 

구멍 뚫린 은(Ag) 기판, 브래그 미러, 폴리다이메틸실록세인(PDMS) 코팅을 결합해 만든 필름이다. 브래그 미러는 태양열을 흡수하는 근적외선의 빛을 반사하도록 다층 박막 구조로 설계된 거울이다. 

연구팀은 은 기판에 마이크로미터(㎛) 규모의 구멍을 뚫어 방충망 같은 구조를 설계했다. 빛을 통과시켜 시야를 확보하기 위한 목적이다. 그 다음 적외선이 자유롭게 통과할 수 있는 영역인 ‘대기창 영역’에서 실리콘 기반 고분자 물질인 PDMS를 코팅했다. 

구멍 뚫린 은 기판, 브래그 미러, PDMS 코팅층을 겹겹이 쌓아 만든 필름은 시야가 확보되는 동시에 냉각 효과를 일으켰다. 연구팀이 만든 필름을 적용한 유리는 기존 PDMS 코팅 유리 대비 22.1℃ 낮은 온도를 유지했다.  

노 교수는 “이 기술은 대량생산이 가능해 실제 산업에 적용할 수 있으며 건축과 환경 분야에서 큰 잠재력을 지니고 있다”며 “무엇보다 열을 효과적으로 방출해 에너지 소비를 줄일 수 있어 지속 가능한 미래를 위한 핵심기술로서 큰 의미가 있다”라고 말했다. 

<참고 자료> 
doi.org/10.1002/adfm.202410613

[문세영 기자 moon09@donga.com]