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[IT뉴스]전기 없이 여름 3.7도 낮추고 겨울 3.5도 높이는 소재

온카뱅크관리자

2025-11-18 11:27:31

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> KAIST, 스스로 온도 조절하는 나뭇잎 따라한 신소재 개발 
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 <img alt="KAIST 연구팀은 포플러 나뭇잎처럼 주변 환경에 따라 스스로 투명도와 수분을 조절해 전력 없이 여름엔 시원하고 겨울엔 따뜻하게 만드는 하이드로겔 소재를 개발했다. KAIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202511/18/dongascience/20251118111945357xfsl.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="1f3kDZSrdN" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202511/18/dongascience/20251118111945357xfsl.jpg" width="658">
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 KAIST 연구팀은 포플러 나뭇잎처럼 주변 환경에 따라 스스로 투명도와 수분을 조절해 전력 없이 여름엔 시원하고 겨울엔 따뜻하게 만드는 하이드로겔 소재를 개발했다. KAIST 제공
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 스스로 온도를 조절하는 소재가 개발됐다. 전력 소비 없이 여름엔 시원하게, 겨울엔 따뜻하게 만드는 차세대 냉난방 기술이다.
 KAIST는 송영민 전기및전자공학부 교수팀이 김대형 서울대 교수팀과 공동으로 포플러 나뭇잎의 열조절 방식을 모사한 '유연 하이드로겔 기반 열조절기(LRT, Latent-Radiative Thermostat)’를 개발했다고 18일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 '어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)'에 4일 게재됐다.
 포플러 나무는 더울 때 잎을 말아 뒷면을 드러내 햇빛을 반사한다. 밤에는 잎에 맺힌 수분이 열을 내보내 추위를 막는다. 연구팀은 나무가 환경에 맞춰 스스로 온도를 조절하는 방식을 인공소재로 만들었다.
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 <img alt="환경 변화에 따라 스스로 냉난방 모드를 전환하는 하이드로겔 소재의 작동 원리. KAIST 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202511/18/dongascience/20251118111946640cifd.jpg" data-org-width="635" dmcf-mid="tBMajWOcna" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202511/18/dongascience/20251118111946640cifd.jpg" width="658">
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 환경 변화에 따라 스스로 냉난방 모드를 전환하는 하이드로겔 소재의 작동 원리. KAIST 제공
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 LRT의 핵심 소재는 '리튬 이온(Li⁺)'과 '하이드록시프로필 셀룰로오스(HPC)'를 PAAm 하이드로겔에 결합한 구조다. Li⁺는 주변 수분을 흡수·응축해 잠열을 조절한다. HPC는 온도 변화에 따라 투명·불투명하게 변하며 태양빛의 반사·흡수를 조절한다. PAAm 하이드로겔은 폴리아크릴아마이드라는 고분자로 만든 젤 형태 물질로 물을 많이 머금을 수 있다.
 온도가 올라가면 HPC 분자들이 뭉치면서 PAAm 하이드로겔이 불투명해진다. 태양광이 반사되어 자연 냉각 효과가 강화된다. LRT는 온도·습도·조도에 따라 자동으로 네 가지 열조절 모드로 전환된다.
 이슬점 이하의 밤·한랭 환경에서는 공기 중 수분을 흡수·응축하며 열을 방출해 따뜻함을 유지한다. 약한 태양광이 비치는 추운 낮에는 태양빛을 투과시킨다. 흡습된 수분이 근적외선을 흡수해 난방 효과를 낸다.
 고온·건조한 환경에서는 내부 수분이 증발하며 강력한 증발 냉각이 일어난다. 강한 태양광 아래 고온 조건에서는 HPC가 불투명해져 태양빛을 반사한다. 동시에 증발 냉각이 작동해 온도를 낮춘다.
 연구팀은 Li⁺와 HPC의 농도를 조절해 다양한 기후 조건에 맞게 열조절 특성을 세밀하게 조정할 수 있음을 확인했다. TiO₂ 나노입자를 추가해 소재의 내구성과 기계적 강도를 크게 향상시켰다. TiO₂ 나노입자는 소재의 강도와 안정성을 높이고 자외선으로부터 분해되는 것을 막는 데 널리 쓰이는 보강·안정화 입자다.
 실외 실험 결과 LRT는 기존 냉각 소재보다 여름에 최대 3.7°C 더 낮은 온도를 유지했다. 겨울에는 최대 3.5°C 더 높은 온도를 유지했다. 7개 기후대 대상 시뮬레이션에서는 기존 지붕 코팅보다 연간 최대 153 MJ/m²의 에너지 절감 효과가 나타났다.
 송영민 교수는 "자연의 지능형 열조절 전략을 공학적으로 재현한 기술"이라며 "계절과 기후 변화에 스스로 적응하는 열관리 장치를 제시했다는 데 의미가 있다"고 밝혔다.
 연구팀은 건축 외벽·지붕, 재난 임시시설, 야외 저장소 등 전력 기반 냉난방이 어려운 환경에서 LRT를 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
 [조가현 기자 gahyun@donga.com]
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