KAIST 전기및전자공학부 송영민 교수팀이 서울대 김대형 교수팀과 함께 포플러 잎의 자연 열조절 방식을 모사해 전력 없이 스스로 냉·난방을 전환하는 유연 하이드로겔 기반 열조절기(LRT)를 개발했습니다.

포플러는 낮 동안 잎을 말아 뒷면을 드러내 태양빛을 반사하고, 밤에는 수분 응축 과정에서 발생하는 잠열로 냉해를 막는 독특한 생존 전략을 갖고 있습니다.

자연은 이처럼 온도·습도·일조 변화에 따라 스스로 환경을 조절하지만, 이를 인공 소재로 구현한 사례는 거의 없었습니다.

연구팀이 개발한 LRT는 포플러 잎 처럼 스스로 냉·난방을 전환하는 열조절 장치로, 수분의 증발·응축에 따른 잠열 조절과 빛 반사·투과를 이용한 복사열 조절을 하나의 장치에서 동시에 구현했습니다.

핵심 소재는 리튬 이온과 하이드록시프로필 셀룰로오스(HPC)를 하이드로겔에 결합한 구조입니다.

리튬 이온은 수분을 흡수·응축해 잠열을 조절함으로써 따뜻함을 유지하고, HPC는 온도에 따라 투명도가 변하며 빛을 반사하거나 흡수해 온도를 조절합니다.

날이 더워지면 HPC가 뭉쳐 불투명해지며 냉각을 돕고, 날이 추워지면 투명해져 햇빛을 받아 난방 효과를 높입니다.

이 과정에서 LRT는 온도·습도·빛의 변화에 맞춰 네 가지 자동 열조절 모드로 전환됩니다.

실외 실험 결과, LRT는 기존 냉각 소재보다 여름에는 최대 3.7°C 더 낮게, 겨울에는 3.5°C 더 높게 온도를 유지했습니다.

또 전 세계 7개 기후대를 대상으로 한 시뮬레이션에서는 기존 지붕 코팅 대비 연간 최대 153 MJ/m²의 에너지 절감 효과가 확인됐습니다.

이번 기술은 전력 없이 냉·난방이 가능한 자연 모사형 플랫폼으로, 재난 임시시설, 야외 물자 저장소, 전력 인프라가 제한된 지역 건축물, 친환경 지붕·외벽 소재 등 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대됩니다.

이번 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials) 11월 4일 자 온라인판에 실렸습니다.

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