주변 온도따라 열방사율 스스로 조절 '고분자 복합재' 개발

김건우 전북대 교수, "냉난방 에너지 소비 줄일 수 있어"

똑똑한 고분자 복합재를 활용해 냉난방 에너지 소비를 절약할 수 있는 방안이 제시됐다.

한국연구재단은 김건우 전북대학교 교수 연구팀이 주변 온도에 따라 열방사율을 스스로 조절하는 고분자 복합재를 개발했다고 17일 밝혔다.

김건우 교수 연구팀 제공

우리나라 냉난방 에너지 소비는 전체 에너지 소비의 40%에 달하지만, 에너지 소비를 줄일 수 있는 근본적 해결 방안은 마련하지 못하고 있다.

연구팀은 고온에서 열방사율을 높이고 저온에서는 낮추는 특성을 구현하기 위해 상전이 소재를 활용, 스스로 열방사율을 조절하는 똑똑한 고분자 복합재를 개발하는 데 성공했다.

상전이 소재는 고온에서는 금속 성질을 가지고 있어 열방사율이 낮고, 저온에서는 세라믹 성질을 가지고 있어 열방사율이 높다. 연구의 목표와는 반대의 특성을 가지고 있어 이를 역으로 활용할 방안이 필요했다.

연구팀은 상전이 소재를 나노 입자화해 특정 열방사율을 가지는 고분자 내에 분산시켰다. 상전이 입자가 금속의 성질을 가질 때 산란되는 원적외선을 고분자가 대신 흡수하게 해 열방사율을 높이는 방법을 고안했다.

이렇게 만들어진 고분자 복합재의 열방사율은 70℃에서 15%의 변화율을 보였다. 그리고 개발된 고분자 복합재로 덮여있는 방열체는 외부 온도에 상관없이 내부 온도를 70℃로 유지시켜 주는 것을 관찰했다.

김건우 교수는 "이런 특성을 가진 고분자 복합재로 표면을 구성하면 외부 온도와 상관없이 내부 온도를 일정하게 유지할 수 있어 냉난방 에너지 소비를 줄일 수 있다"면서 "배터리처럼 온도에 민감한 제품에 활용하면 일정한 온도 유지가 가능해 성능을 극대화시킬 수도 있다"고 설명했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 나노 및 소재기술개발사업 나노미래소재원천사업과 교육부와 한국연구재단이 추진하는 지자체-대학 협력기반 지역혁신사업의 지원으로 수행된 이번 연구는 팔 수딥 쿠마 전북대 교수가 제1저자로, 김 교수가 교신저자로 참여했으며, 연구 논문은 재료공학 분야 국제학술지 '컴포지트 파트 비 엔지니어링(Composite Part B Engineering)'에 지난달 31일 온라인 게재됐다.

김종화 기자 justin@asiae.co.kr