중국과학원, 추운 밤에 농작물과 기반 시설 보호하는 보온 필름 개발

지난 19일자 '빛: 과학과 응용(Light: Science & Applications)'이라는 국제학술지가 중국 과학자들이 물체를 효율적으로 따뜻하게 유지하기 위해 다양한 파장의 적외선을 선택적으로 흡수하고 반사하는 새로운 필름을 만들었다고 새로운 소식을 알렸다.

주지하다시피 밤에는 기온이 떨어지고 농작물, 장비 및 기반 시설이 손상될 수 있다는 것은 기본적인 사실이다. 

지구의 대기는 특정 적외선 파장(즉, 열 에너지)에 투명하기 때문에 이 파장이 바로 통과하여 극한의 추운 우주로 방출될 수 있다. 이러한 현상은 건물용 복사 냉각 시스템을 개발하는 과학자들에 의해 활용되고 있지만, 이 때문에 하룻밤 사이에 지표면의 온도가 급격히 떨어지는 이유이기도 하다.

이러한 온도 변화와 서리 및 이슬과 같은 후속 효과는 농작물, 전력선 및 기타 장비와 기반 시설을 외부에 노출된 상태로 손상시킬 수가 있다. 따뜻하게 해주는 적극적인 온열 장치로는 일반적으로 에너지를 소비하면서 환경에 큰 영향을 미칠 수 있는 히터가 포함된다.

이런 가운데 최근 중국과학원(Chinese Academy of Sciences)의 과학자들이 새로운 연구를 통해 수동적으로 작동하는 복사(radiative) 보온 시스템을 개발했다. 연구팀은 다양한 파장의 빛을 선택적으로 반사하고 흡수하는 나노 포토닉 필름을 만들어 그 위에 놓인 모든 물체의 온기를 극대화했다. 핵심은 대기가 투명하게 투과하는 8~14마이크로미터(㎛ㆍ1㎛=100만분의 1m) 범위의 파장은 반사하고, 5~8㎛ 및 14~16㎛ 범위의 파장(복사 대역)은 흡수하는 것이다.

이 필름은 게르마늄과 황화아연을 번갈아 가며 5개의 초박막(ultra-thin) 층으로 만들어졌다. 이와 같은 두 소재를 합치면 투명 창에서 반사율이 0.91에 달하고 복사 대역(radiative band)에서는 흡수율이 0.7에 이른다. 실외 실험에서 이 필름은 모든 파장을 반사하는 표면보다 2.1°C 더 따뜻하게, 그리고 모든 파장을 흡수하는 표면보다는 4.4°C 더 따뜻하게 표면을 유지하는 데 성공했다.

이러한 사실이 담요나 기타 기본적인 덮개로 해결할 수 있는 문제처럼 들릴 수 있겠지만, 연구팀은 "이 기술이 취약한 표면과 물체를 보호하는 데 훨씬 더 효율적"이라면서 "이 기술을 건물에 적용하면 밤새 쾌적한 온도를 유지하면서 에너지 비용을 상당 부분 절감할 수 있다"고 말했다.