최근 나노기술을 활용한 다목적 잉크가 기후변화 해결에 도움이 될 수 있다는 가능성이 제시됐다.
나노기술을 사용하는 '상(像) 변화 잉크'는 온도를 제어하고 에너지 소비를 줄이기 위해 개발됐다. 다목적 잉크는 잠재적으로 건물, 전자제품, 의류에도 사용될 수 있으며 기후변화를 해결하기 위한 지속 가능한 솔루션이 될 수도 있어 관심이 점점 커지고 있는 상황이다.
모하메드 타하(Mohammad Taha) 박사가 이끄는 The Royal Society of Chemistry's Journal of Materials Chemistry A에 발표된 연구에 따르면 나노기술을 이용한 상 변화 잉크는 온도를 제어하기 수동적인 기후 제어를 제공해 에너지 소비를 줄이기 위해 개발됐다. 상 변화 잉크는 주변 환경에 따라 통과할 수 있는 방사선의 양을 조절해 온도 조절을 한다.
타하 박사는 이 잉크가 수동적인 가열과 냉각을 위한 코팅을 개발하는 데 사용될 수 있으며 온도를 조절하기 위해 에너지 생성에 의존할 필요성을 줄일 수 있다고 강조했다.
그는 "인간은 편안한 환경을 만들고 유지하기 위해 많은 에너지를 사용한다. 건물, 집, 자동차 그리고 심지어 우리 몸까지도 난방하고 냉방을 한다"고 설명했다.
타하 박사는 "우리는 더 이상 환경에 미치는 영향을 줄이기 위해 재생 가능한 자원에서 에너지를 생산하는 데에만 집중할 수 없다. 또한 기후변화의 영향이 현실화됨에 따라 제안된 에너지 솔루션의 일부로 에너지 소비를 줄이는 것을 고려해야 한다"고 지적했다.
그는 “잉크가 주변 환경에 반응하도록 설계돼 에너지 소비를 줄일 뿐만 아니라 추가적인 에너지 낭비인 온도를 제어하기 위한 보조 제어 시스템의 필요성도 제거한다”고 덧붙였다.
수동적인 기후 제어는 불필요하게 에너지를 소비하지 않고 편안한 생활 조건을 가능하게 한다.
예를 들어 겨울철 난방을 위해 건물 외관에 적용된 잉크는 자동으로 변환돼 낮에는 더 많은 태양 복사가 통과하고 밤에는 더 큰 단열재가 따뜻함을 유지하도록 한다. 여름에는 태양과 주변 환경의 열 복사를 차단하는 장벽을 형성하도록 변형될 수 있다.
다재다능한 이 상 변화 잉크는 라미네이트, 스프레이 또는 페인트, 건축 자재에 추가될 수 있다. 아울러 의류에 통합돼 극한 환경에서 체온을 조절하거나 구부릴 수 있는 회로, 카메라·탐지기, 가스 및 온도 센서와 같은 대규모의 전자장치에도 적용될 수 있다.
타하 박사는 "우리의 연구는 이러한 잉크를 저렴하게 대규모로 적용하는 것에 대한 이전의 제한을 제거했다"며 "이는 기존 구조물과 건축 자재를 개조할 수 있다는 뜻이다. 제조에 대한 관심으로 잉크는 5년에서 10년 안에 출시될 수 있다"고 자신감을 내비쳤다.
그는 "이미 다른 유형의 상 변화 재료가 스마트 유리를 제조하는 데 사용되지만 우리의 새로운 재료는 더 스마트한 벽돌과 페인트를 제작할 수 있다"며 "이 새로운 나노기술은 기존 건물을 개조해 효율성을 높일 수 있다. 환경에도 좋고 미래에도 지속 가능하다"고 부연했다.
연구진의 상 변화 잉크 기술은 상 변화 물질의 주요 구성 요소 중 하나인 산화바나듐(VO2)을 수정하는 방법을 발견함으로써 돌파구를 마련했다. 상변화 물질은 열이나 전기와 같은 촉발제를 사용해 물질이 압력 아래서 스스로 변형할 수 있는 충분한 에너지를 생성한다.
하지만 이전에는 상 변화 물질이 상 변화 특성을 활성화하기 위해서는 매우 높은 온도로 가열해야 하는 약점이 있었다.
타하 박사는 "우리는 이러한 물질이 결합되는지에 대한 이해를 바탕으로 절연체 대 금속(IMT) 반응을 촉발할 수 있는 방법을 테스트했다. 여기서 물질은 기본적으로 특정 온도를 초과하는 열을 차단하는 스위치 역할을 한다"고 설명했다.
타하 박사는 다음 단계는 멜버른대학이 특허를 취득한 해당 연구를 생산에 적용하는 것과 관련될 것이라고 말했다.
[데일리e뉴스= 김병호 기자]
