자외선 차단과 시원한 편안함을 선사하는 스마트 '방충망'

POSTECH 기계공학과, 화학공학과, 전기공학과의 노준석 교수와 기계공학과 박사과정 고병수, 노재범 연구원으로 구성된 연구팀은 고려대학교 재료공학과의 이헌 교수와 채동우 박사과정 연구팀과 협력했습니다. 이들은 함께 곤충 스크린과 유사한 천공 구조를 특징으로 하는 투명한 복사 냉각 필름을 개발하여 태양열을 조절하고 실내 온도를 낮추도록 설계되었습니다. 이 획기적인 연구는 최근 재료 과학 분야의 국제 저널인 Advanced Functional Materials 에 게재되었습니다.

일반적으로 햇빛에 노출된 물체는 뜨거워지지만, 외부 전원을 사용하지 않고도 자연스럽게 열을 방출하고 식힐 수 있는 '복사 냉각'이라는 기술이 있습니다.

연구자들은 이러한 냉각 효과를 유리와 같은 투명한 필름에 통합하는 방법을 탐구해 왔습니다.

그러나 이러한 필름은 종종 태양열을 투과해 냉각 효과가 제한된다는 문제점이 있었습니다.

이러한 과제를 해결하기 위해, POSTECH과 고려대학교의 공동 연구팀은 천공된 은(Ag) 기판, 브래그 거울, 폴리디메틸실록산(PDMS) 코팅을 결합한 필름을 개발했습니다.

이 필름은 투명성과 복사냉각 성능을 모두 달성합니다.

브래그 거울은 여러 겹의 박막 구조로 되어 있으며, 태양열의 대부분을 차지하는 근적외선을 반사하도록 설계되었습니다.

가시성을 유지하기 위해 연구팀은 은 기판에 마이크로미터 크기의 구멍을 뚫어 빛이 통과할 수 있도록 곤충 스크린과 비슷한 천공 디자인을 만들었습니다.

대기 창 내에서 원적외선 복사를 효과적으로 방출하기 위해 그들은 높은 흡수성을 가진 실리콘 기반 PDMS 코팅을 추가했습니다.

천공된 은 기판, 브래그 거울, PDMS 코팅의 세 가지 층으로 구성된 이 필름은 가시성을 유지하면서도 효과적으로 냉각 기능을 제공합니다.

실험 결과, 이 필름이 붙은 유리는 PDMS로만 코팅된 유리보다 22.1°C 더 낮은 온도를 유지했습니다.

포스텍 노준석 교수는 "이 기술은 대량 생산이 가능하며 건축 및 환경 분야에서 상당한 잠재력을 가지고 있다"고 말했다. 그는 "가장 중요한 것은 열을 효율적으로 발산하고 에너지 소비를 줄여 지속 가능한 미래를 위한 핵심 기술로 자리매김한다는 것이다"고 덧붙였습니다.

본 연구는 포스코홀딩스 N.EX.T IMPACT 메타표면기반 평면광학기술연구실과 과학기술정보통신부 선도연구실, 한국연구재단의 지원을 받아 수행되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2024/11/241106132649.htm