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▲ 사진= Qing Wang, Penn State
냉각 옷감이라고 하면 통풍이 잘되고 땀을 쉽게 배출하는 옷감이라는 생각이 들 수 있지만, 사실은 새로운 냉각 소재에 대한 내용입니다. 펜실베니아 주립대학의 칭 왕(Qing Wang) 교수와 그의 연구팀이 개발한 새로운 냉각소재는 옷으로 만들 수 있을 만큼 얇고 가벼운 소재이면서 동시에 전기의 힘으로 열을 이동시키는 전기 열소 소재(electrocaloric material) 입니다.
우리는 열의 차이를 이용해서 전기를 생산할 수도 있고 반대로 전기를 사용해서 온도를 낮출 수 있습니다. 예를 들어 펠티어 소자는 온도를 낮추는 데 주로 사용됩니다. 펠티어 효과를 이용해서 금속의 한쪽에선 온도를 낮추고 반대편에서 온도를 높이는 방식이죠. 열전 냉동은 냉매를 이용한 전통적인 냉각 방식보다 널리 사용되지는 않지만, 전기 냉각이 필요한 몇몇 분야에서 활용되고 있습니다.
이번에 새로 개발한 것은 철전기 바룸 스트론튬 티타나이트(ferroelectric barium strontium titanate) 소재를 나노와이어 방식으로 제조해 낮은 전압과 적은 전류만으로도 충분한 냉각 성능을 보이게 만든 것입니다. 더 나아가 이 소재는 매우 가볍고 얇고 유연한 특징이 있어 심지어 옷감처럼 제조할 수 있습니다. (사진 참조)
사실은 과거에도 이런 비슷한 소재가 있었으나 몇 가지 단점이 있어 상용화되지는 못했다고 합니다. 예를 들어 철전기 폴리머(Ferroelectric polymers) 소재의 경우 인체에 해로운 수준의 자기장을 만들 수 있으며 일부 소재들은 납 같은 중금속을 포함해서 환경에 유해했습니다. 이번에 개발된 소재는 이런 문제는 없다고 하네요.
연구팀이 기대하는 응용방식은 소방관이나 혹은 매우 뜨거운 장소에서 작업하는 사람들에게 필요한 특수 냉각복입니다. 새로운 나노와이어 소재는 인체에 안전한 수준의 36V 정도의 전압으로 작동하며 전력을 적게 소모해 500g 정도의 배터리로 2시간 동안 구동이 가능합니다. 다만 낮출 수 있는 온도는 섭씨 수도 정도로 아직 낮은 편입니다.
앞으로 더 많은 연구를 통해서 효과적으로 열에너지를 이동시킬 수 있는 소재가 개발된다면 특수 냉각복은 물론 냉각 장치가 필요한 여러 분야에서 응용될 수 있습니다. 예를 들어 벽면 자체가 냉방을 하는 집이나 냉각팬이 없는 컴퓨터 등이 가능할 수 있습니다.
다만 이 제품 역시 안전성, 효율성 및 비용 등 여러 가지 문제를 극복해야만 우리 주변에서 널리 볼 수 있게 될 것입니다. 모든 신기술이 그렇듯이 시장에 성공적으로 진입하기 위해서는 여러 단계를 거쳐야 합니다.
고든 정 통신원 jjy0501@naver.com
