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중앙대학교(총장 박상규) 연구진이 온도 변화에 따라 냉각과 가열을 자유롭게 오가는 기후적응형 필름 소재를 개발하는 데 성공했다. 전기차 등 수송기기, 플랜트, 배터리, 건물 외벽 등 다양한 분야에 활용될 것으로 기대를 모은다.

중앙대는 첨단소재공학과 유영재 교수 연구팀과 한국화학연구원 김용석 박사 연구팀이 공동연구를 통해 ‘냉각·가열 특성전환 및 열전발전 수동복사열전달 필름소재’를 개발했다고 20일 밝혔다.

수동복사냉각은 모든 물체가 자발적으로 전자기복사를 방출하는 원리를 활용해 열은 방출시키고 태양 빛은 반사하는 방식으로 외부 전원 공급 없이 표면 온도를 낮추는 기술을 뜻한다. 추가 에너지 공급 없이 탁월한 에너지 절감효과를 보이는 기술이기에 전 세계적인 관심을 받고 있다.

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

공동연구팀은 온도에 따라 색이 변하는 열 변색 안료와 중공입자를 활용해 필름을 만들어 문제를 해결하는 데 성공했다. 온도가 낮을 때에는 태양열을 흡수하고 중적외선 방출을 억제하는 반면, 온도가 높을 때에는 복사 냉각을 일으켜 주변보다 온도를 낮추는 새로운 필름 소재를 선보인 것이다. 외부 기후조건에 따라 능동적이고 효율적인 광학 특성을 갖도록 구조제어를 한 결과 여름철에도 충분한 냉각 성능을 발휘해 사용자 맞춤형 온도제어가 가능하다는 점을 입증했다.

새롭게 개발된 필름은 높은 온도를 낮추는 데 더해 추운 날씨일 때에도 큰 효과를 보였다. 필름과 주변 환경의 온도 차이를 이용해 전기를 생산하는 열전 발전기와 함께 사용 시 에너지 관리 효율이 크게 개선될 것으로 기대된다.

이번 연구는 산업통상자원부가 주관하는 산업연계형 저탄소 공정 전환 핵심기술개발사업의 지원을 받아 진행된 것이다. 연구성과를 담은 논문은 응용 화학 분야 상위 2.1% 학술지로 피인용지수(Impact Factor) 13.1을 기록한 국제학술지 ‘Journal of Energy Chemistry’의 2023년 9월 표지 논문으로 선정됐다.

유영재 교수는 “이번에 새롭게 개발한 필름은 복사냉각과 에너지 하베스팅에 유망한 기술”이라며, “건물이나 수송기기의 에너지 관리 방식을 혁신할 수 있을 것으로 기대한다”고 했다.

* 자료 제공 : 중앙대학교

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