방사 망토는 물체를 따뜻하고 차갑게 유지합니다.

더운 날씨에는 복사에너지로 물체를 식히고, 추울 때는 따뜻하게 유지할 수 있는 보온망토가 중국 연구진에 의해 개발됐다. Shanghai Jiao Tong University의 Kehang Cui와 동료들은 그들의 새로운 기술이 에너지 투입 없이 온도를 조절할 수 있는 유망한 방법을 제공한다고 말합니다.

건물의 냉난방은 전 세계 에너지 소비의 약 20%를 차지합니다. 기후 변화로 인해 극한 기후의 빈도와 심각성이 증가함에 따라 온도 제어 시스템은 향후 수십 년 동안 더욱 확대될 것입니다.

결과적으로 연구자들은 전원 공급 장치를 사용하지 않고 수동적으로 온도를 조절할 수 있는 저비용, 탄소 중립 기술을 개발하는 데 열중하고 있습니다.

이러한 시스템을 만드는 데 있어 중요한 과제는 기존의 열 조절 재료가 복사 동작을 자동으로 전환할 수 없다는 것입니다. 예를 들어, 일부 냉각 재료는 태양 복사를 반사하는 동시에 "투명 창"에서 중적외선 복사를 방출합니다. 이 창은 복사가 대기에 의해 반사되거나 흡수되지 않는 전자기 스펙트럼의 일부이며 이 방출은 냉각 효과를 갖습니다. 그러나 이러한 물질은 추운 온도에서도 방사선을 방출하여 귀중한 열을 배출합니다.

이제 Cui와 동료들은 모든 주변 온도에서 온도를 조절하는 새로운 "Janus 열 망토"(JTC)를 만들었습니다. Cui는 “망토는 하늘을 향한 올-세라믹 복사 냉각 음성 메타섬유와 내부를 향한 광자 재활용 포일로 구성되어 있습니다.”라고 설명합니다.

팀은 높은 강도와 ​​안정성, 저렴한 비용, 우수한 화재 및 부식 저항성을 이유로 이러한 재료를 선택했습니다. 그 결과 망토 제작이 용이하고, 가혹한 야외 환경에서도 복원력이 좋다고 한다.

알루미늄 합금으로 제작된 JTC의 내부 포일은 열 전도성이 높지만 전체 적외선 스펙트럼에 걸쳐 방사선을 거의 완벽하게 반사하여 내부에 열을 가두어 줍니다. 연구진은 재료 가용성에 따라 세라믹, 구리, 스테인리스강 등의 재료도 사용될 수 있다고 말합니다.

JTC의 하늘을 향한 메타섬유는 2D 육각형 질화붕소 결정에 결합된 편조 실리카 섬유로 짜여진 비계로 구성됩니다. 이는 입사 전자기파에 대한 반응이 접근 각도에 따라 달라지는 "쌍곡선" 물질을 생성합니다.

아래의 포일과 달리 메타섬유는 열전도율이 매우 낮지만 태양 복사에 대한 반사율이 높아 가시광선과 근적외선 범위를 모두 커버합니다. 이는 메타섬유 내부의 가벼운 물질 상호작용으로 인해 중적외선이 실리카 섬유 축 주위로 산란되기 때문입니다. 투명창에서 메타섬유는 흡수한 방사선을 모두 호일로 옮기지 않고 다시 방출합니다.

결과적으로, 은폐된 물체 내부의 열은 유지되는 경향이 있지만 환경으로부터의 복사는 물체를 가열하는 경향이 없습니다.

새로운 엘라스토칼로리 냉각 시스템은 상업적 사용 가능성을 보여줍니다.

Cui의 팀은 상하이 거리에 주차된 전기 자동차에서 JTC를 테스트하고 지붕이 없는 자동차의 객실 온도를 비교했습니다. 실험에서 지붕이 덮인 차량은 더운 여름날 지붕이 없는 차량보다 약 8°C 더 시원했고, 추운 겨울 밤에는 6.8°C 더 따뜻했습니다.

Cui는 “겨울 밤 동안 주변 온도보다 거의 7°C 더 높은 온도를 달성할 수 있었던 것은 이번이 처음입니다.”라고 설명합니다. "이것은 또한 우리에게 다소 놀라운 일입니다. 에너지 입력이나 햇빛이 없고 여전히 따뜻해질 수 있습니다." 배터리와 전기 부품은 극심한 온도 변화를 쉽게 견딜 수 없기 때문에 이러한 수동적 규제는 전기 자동차에 특히 중요합니다.

Cui와 동료들의 다음 단계는 디자인을 확장하는 것이며, 이는 아마도 다양하고 흥미로운 실제 응용 프로그램으로 이어질 것입니다. "열 망토는 신뢰할 수 있고 진정한 수동적이며 상 변화나 움직이는 부품을 포함하지 않습니다."라고 그는 계속합니다. "이것은 건물, 차량, 심지어 외계 환경의 실제 응용 분야에 사용하기에 유망합니다."