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몸 온도 따라 스스로 열 방출 조절하는 기능성 섬유 나왔다

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몸 온도 따라 스스로 열 방출 조절하는 기능성 섬유 나왔다

2019.02.08 16:51
유후앙 왕 미국 메릴랜드대 화학 및 생명공학과 교수 연구팀은 환경에 따라 자동으로 열 방출을 조절하는 섬유를 개발했다는 연구결과를 이달 8일 국제학술지 ′사이언스′에 실었다. 연구팀이 개발한 섬유의 모습. 폐예 르빈 제공
유후앙 왕 미국 메릴랜드대 화학 및 생명공학과 교수 연구팀은 환경에 따라 자동으로 열 방출을 조절하는 섬유를 개발했다는 연구결과를 이달 8일 국제학술지 '사이언스'에 실었다. 연구팀이 개발한 섬유의 모습. 폐예 르빈 제공

사람 몸이 더워지면 열을 방출하고, 차가워지면 열 방출을 막는 기능성 섬유가 개발됐다. 연구 결과를 담은 국제학술지 ‘사이언스’는 열교환을 조절하는 최초의 섬유라고 평가했다.

 

유후앙 왕 미국 메릴랜드대 화학 및 생명공학과 교수 연구팀은 환경에 따라 자동으로 열 방출을 조절하는 섬유를 개발하고 연구결과를 이달 8일 국제학술지 ‘사이언스’에 발표했다.

 

지금까지 기능성 섬유는 사람의 상태와 관계없이 단순히 습도를 방출하거나 열을 방출하는 기능만 있었다. 날씨가 덥건 춥건, 사람의 몸에 열이 나건 나지 않건 관계없이 습기를 잘 흡수하고 빠르게 건조하는 기능만 그대로 발휘하는 식이다. 

 

연구팀은 물을 흡수하는 재료와 물을 거부하는 재료를 혼합해 실을 제조했다. 실이 습도에 따라 다른 움직임을 보이는 두 재료로 이뤄져 있다 보니 상대습도가 높아지면 물을 흡수하는 재료는 늘어나고 거부하는 재료는 그대로 유지되면서 실이 뒤틀린다. 이 때 실이 뒤틀리면서 실 사이사이의 공간이 열리고 열이 이 사이 공간을 그대로 통과하며 냉각효과가 발생한다. 마치 창에 설치한 격자 블라인드가 열렸다 닫히며 빛이 들어오는 양을 조절하듯, 천이 온도와 습도에 맞춰 스스로 열의 통로를 열었다 닫았다 하는 것이다.

 

연구팀은 이 섬유의 진가는 적외선을 감지해 통과시키는 데 있다며 열의 통로를 여는 것은 작은 효과에 지나지 않는다고 밝혔다. 연구팀은 실을 카본나노튜브(CNT)로 코팅했다. 탄소원자가 육각형으로 배열돼 원통 모양을 형성하는 재료인 CNT는 서로 간에 전자기 결합을 형성하면서 외부로 방출될 전자파를 조정한다. 전자파 중에는 인간이 방출하는 열의 주된 요소인 적외선이 있다.

 

새로 개발된 섬유는 평소에는 CNT간 전자기 결합에 의해 20마이크로미터(㎛, 100만분의 1m) 파장 이상의 적외선만 방출한다. 열이나 습도가 올라가며 상대습도가 올라가면 실에 코팅된 CNT간 거리가 가까워져 10㎛ 파장의 적외선을 방출하도록 전자기 결합이 바뀐다. 상대습도가 올라가면 인간이 열이 날 때 주로 방출하는 파장대인 10㎛의 적외선을 방출하도록 섬유가 특성을 바꾸는 것이다.

 

연구팀이 개발한 섬유는 상대습도에 따라 최대 35%까지 적외선을 방출하는 것으로 나타났다. 연구팀은 섬유가 상대습도에 의해 즉각적으로 반응하기 때문에 사람들이 자신의 몸이 더워지고 있다고 느끼기도 전에 옷은 이미 사람의 상태를 감지하고 냉각에 들어갈 것이라 덧붙였다.

 

왕 교수는 “인체의 열 발산을 조절하는 유일한 방법은 옷을 더 벗거나 더 입는 것뿐이었으나 이 천은 그럴 필요가 없다”며 “기능성 직물에 이런 현상을 적용할 수 있어 활용처가 매우 기대된다”고 말했다.

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