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[IT뉴스]“전력 없이도 냉·난방 조절”…포플러 나뭇잎 모사한 ‘인공 소재’ 개발

온카뱅크관리자

2025-11-18 15:17:29

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> KAIST, 포플라 열조절 적용한 ‘하이드로겔 열조절기’ 개발 리튬이온·고분자 활용 냉난방 전환..열관리플랫폼 기술 활용 
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 <img alt="포플러 나뭇잎의 열관리 전략을 모사해 개발한 하이드로겔 기반 열조절기 개념도. KAIST 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202511/18/dt/20251118151025905oshb.png" data-org-width="640" dmcf-mid="xNGXuJ8BvC" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202511/18/dt/20251118151025905oshb.png" width="658">
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 포플러 나뭇잎의 열관리 전략을 모사해 개발한 하이드로겔 기반 열조절기 개념도. KAIST 제공.
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 포플러 나뭇잎은 덥고 건조할 때 잎을 말아 뒷면을 드러내 태양빛을 반사한다. 기온이 떨어지는 밤에는 잎 표면에 맺힌 수분이 방출하는 열(잠열)로 냉해를 막는 독특한 생존 전략을 갖고 있다.
 이처럼 자연은 낮과 밤, 온도·습도 등 변화에 따라 스스로 열을 조절해 적응해 왔다. 하지만 이런 정교한 열관리 시스템을 인공소재로 구현한 사례는 거의 없었다.
 국내 연구진이 포플러 잎의 열관리 전략을 모사한 인공소재를 개발했다. 이 인공소재를 건축 외벽과 지붕, 임시 보호소 등에 적용해 전력 없이 스스로 온도를 조절하는 차세대 열관리 플랫폼 기술로 활용할 수 있을 전망이다.
 KAIST는 송영민 전기및전자공학부 교수 연구팀이 김대형 서울대 교수팀과 공동으로 포플러의 자연 열조절 방식을 모사한 ‘유연 하이드로겔 기반 열조절기’(LRT)를 개발했다고 18일 밝혔다.
 열조절기는 리튬 이온과 하이드록시프로필 셀룰로오스(HPC)를 하이드로겔에 결합한 소재를 적용했다. HPC는 식물 속 천연 화합물인 셀룰로오스에서 유래한 다목적 중합체로, 의약품과 화장품, 식품, 케어 제품 등에 널리 쓰인다.
 리튬 이온이 주변의 수분을 흡수·응축해 잠열을 조절함으로써 따뜻함을 유지하고, HPC는 온도 변화에 따라 투명·불투명하게 변해 태양빛의 반사·흡수를 조절, 냉각과 난방 모드를 전환한다.
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 <img alt="포플러 나뭇잎의 열관리 전략을 모사한 하이드로겔 기반 열조절기 작동 개념도. KAIST 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202511/18/dt/20251118151027196rqjh.png" data-org-width="640" dmcf-mid="y6oam3YCSI" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202511/18/dt/20251118151027196rqjh.png" width="658">
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 포플러 나뭇잎의 열관리 전략을 모사한 하이드로겔 기반 열조절기 작동 개념도. KAIST 제공.
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 열조절기는 주변 온도와 습도, 조도에 따라 네 가지 열조절 모드로 자동 전환된다. 가령, 밤이나 추운 날씨에는 공기 중 수분을 흡수·응축하며 열을 방출해 따뜻함을 유지한다. 또 약한 태양광이 비추는 추운 낮에는 태양빛을 투과시키고 근적외선이 수분을 흡수해 난방 효과를 낸다.
 고온·건조한 환경에서는 내부 수분이 증발해 증발 냉각이 일어나고, 강한 태양과 고온에서는 HPC가 불투명해져 태양빛을 반사하고 동시에 증발 냉각이 작동해 온도를 낮춘다.
 전력 없이 주변 환경에 맞춰 스스로 냉·난방 모드를 전환하는 자연 모사형 열조절 장치로 활용할 수 있다고 연구팀은 설명했다.
 연구팀은 리튬 이온과 HPC의 농도를 조절해 다양한 기후 조건에 맞게 열을 조절할 수 있음을 확인했고, 이산화티타늄 나노입자를 추가해 소재의 내구성과 기계적 강도를 크게 향상시켰다.
 실외 실험에서 열조절기는 기존 냉각 소재보다 여름에는 온도가 최대 3.7도 더 낮고, 겨울에는 최대 3.5도 더 높은 온도를 유지했다. 아울러 7개 기후대를 대상으로 한 시뮬레이션에서 기존 지붕 코팅보다 연간 최대 ㎡당 153MJ(메가줄)의 에너지 절감 효과가 있는 것으로 나타났다.
 송영민 KAIST 교수는 “자연계의 고도화된 열관리 기능을 공학적으로 재현한 사례로, 계절과 기후변화에 스스로 적응하는 열관리장치를 제시했다는 데 의미가 있다”며 “건축 외벽과 지붕, 재난 임시시설, 야외 저장소 등 전력 기반 냉난방이 어려운 환경에서 활용할 수 있는 차세대 지능형 열관리 플랫폼으로 확장할 수 있을 것”이라고 말했다.
 이 연구결과는 재료과학 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 머터리얼즈’ 지난 4일 온라인에 실렸다.
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 <img alt="송영민(왼쪽 세번째) 교수와 연구진. KAIST 제공." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202511/18/dt/20251118151028553uahb.png" data-org-width="640" dmcf-mid="WbhwvBFYTO" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202511/18/dt/20251118151028553uahb.png" width="658">
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 송영민(왼쪽 세번째) 교수와 연구진. KAIST 제공.
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 이준기 기자 bongchu@dt.co.kr
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