[투데이에너지 정재현 기자] 강진구 한국과학기술연구원(이하 KIST) 나노포토닉스연구센터 박사 연구팀은 외부 전력 없이 냉각하면서 동시에 색상을 낼 수 있는 색상형 복사냉각 액정 소재를 개발했다고 밝혔다.
이 기술은 태양광의 선택적 반사·흡수를 통해 열을 방출해 온도를 떨어뜨리는 무전력 냉방 기술이다. 따라서 전력 소모가 심한 에어컨을 보조할 수 있는 차세대 친환경 냉각기술로 주목받고 있다. 낮 시간용 복사냉각 소재는 태양광 흡수를 낮추기 위해 하얀색을 띠고 있다. 이 경우 냉각 성능은 우수하나 여러 색상 구현이 어려워 심미성이 필요한 건물이나 차량에 활용할 수 없다는 단점이 존재한다.
이에 따라 냉각과 심미성을 동시에 충족하는 색상형 복사냉각 소재 개발이 최근 관심받고 있다. 기존에 알려진 색상형 복사냉각 소재는 빛 흡수를 이용해 색깔을 냈기 때문에 온도 하강 효과가 낮았다.
기존 형태의 색상형 소재들의 경우 냉각 성능은 뛰어났으나 뚜렷한 색상을 구현하는데 한계가 있었다.
연구팀은 굴곡진 나선형 액정 결정성 고체와 유동성 액체의 중간 성질을 갖는 물질로서 온도, 전기장 등에 의해 정렬 특성이 바뀌는 광결정을 제작해 이러한 문제점을 해결했다.
이번 연구에서 사용된 상용화 액정(LC242)은 복사냉각을 통해 온도를 떨어뜨리는 물질일 뿐만 아니라 유도체 나선형 액정 광결정을 제작할 때 나선 형태의 정렬을 유도하기 위해 주입하는 첨가물을 이용해 나선형으로 정렬시키면 주기적 구조를 통해 색을 띠는 광결정을 형성한다.
연구팀은 회전 코팅 고속 회전 원심력을 이용해 물질을 기판 위에 도포하는 방식의 공정을 이용해 이런 색상형 광결정에 굴곡을 부여했고 그 결과 각도에 따라 색상이 다르게 표현된 기존 광결정과 달리 선명한 색상을 구현할 수 있었다.
본 소재를 이용하면 심미성이 고려되는 건물 외부나 차량의 에어컨 소비량 절감이 가능할 뿐 아니라 야외 레저용 소품이나 군사용 텐트에도 전력 소모 없이 냉방을 공급할 수 있을 것으로 기대한다.
강 KIST 박사는 “이번 연구에서 개발된 색상형 복사냉각 액정 소재는 저가의 단순한 회전 코팅 공정을 통해 신속하게 제작할 수 있다”라며 “본 기술의 대면적화가 성공한다면 향후 전자기기나 모빌리티 등 광범위한 분야의 냉각에 이용될 것”이라고 밝혔다.
■연구를 시작한 계기나 배경
태양 빛에 노출될 경우 물체나 건물 등의 온도가 상승하게 되는데 복사냉각 기술을 활용하면 외부 환경에서 별도의 에너지 투입 없이 냉각 효과를 누릴 수 있다.
활용성 향상을 위해 낮 시간 태양에 노출됐을 때도 탁월한 냉각 효과를 나타내는 색상형 복사냉각체가 필요하다고 생각한 것이 연구 배경이다.
■이번 성과의 차별점
기존의 색상 구현 방식은 가시광 흡수를 수반하거나 반사에 의한 색상 구현을 위해 복잡한 공정을 거쳐야 했던 반면 스핀 코팅이라는 비교적 간단한 방법을 통해 보다 넓은 면적에서 균일한 상태로 이러한 필름 제작이 가능하다.
■실용화시 활용처
건물 외벽 및 지붕에 복사냉각 소재를 적용할 경우 건물 전체의 에너지 효율을 크게 높일 수 있다. 또한 외부에 노출된 냉방이 필요한 산업 시설이나 전자기기 등에도 활용해 에너지 절감 효과를 기대할 수 있다.
■실용화를 위한 과제
가시광 영역대의 다양한 색상을 구현할 수 있으므로 나선 구조의 미세한 조절을 통해 심미성이 뛰어난 친환경 냉각 소재로 활용이 가능하다.
색상의 선명도와 내구성을 강화해 보다 대면적으로 제작할 수 있는 조건을 최적화하면 실용화에 가까워질 수 있을 것으로 기대된다.