태양빛을 열로 변환해 대략 10분 만에 온도를 30℃ 이상 올리는 획기적인 발열 섬유가 개발됐다. 신소재를 이용하면 의류를 핫팩처럼 데우는 등 다양한 분야의 활용이 가능할 것으로 학계는 기대했다.
캐나다 워털루대학교 재료공학 연구팀은 최근 국제 학술지 Advanced Composites and Hybrid Materials에 햇빛을 열로 변환하는 특수 섬유를 소개했다.
학자들은 추운 환경에서 적절한 체온을 유지하기 위한 웨어러블 히터를 연구해 왔다. 유연성이 있는 웨어러블 히터는 산악구조대나 반려동물의 옷 등 다양한 분야에 응용할 수 있지만 기존 웨어러블 히터는 금속 나노재료나 배터리 구동 발열체가 들어가 무겁고 값이 비쌌다.
연구팀은 빛을 열로 변환하는 광열 활성 폴리머에 주목했다. 이들이 개발한 섬유는 방수 의류나 스포츠웨어에 사용하는 열가소성 폴리우레탄(TPU)에 광열 활성을 보이는 폴리아닐린(PANI)과 폴리도파민(PDA) 나노입자를 0.5% 함유했다.
연구팀 관계자는 "특수 섬유의 성능을 알아보기 위해 방사 공정에서 온도에 반응해 색을 바꾸는 염료를 조합했다"며 "소재의 온도가 상승하면 적색에서 백색으로 변화해 착용자나 사용자가 이를 쉽게 파악할 수 있다"고 설명했다.
이어 "특수 섬유로 곰인형 머플러를 짜 햇빛에 노출시키는 실험을 실시했다"며 "불과 10분간 햇빛을 쬔 특수 섬유의 온도는 20℃에서 53.5℃까지 상승했다"고 덧붙였다.
섬유에 내장된 나노입자는 다양한 파장의 태양빛을 매우 효율적으로 흡수한다. 햇빛이 닿으면 나노입자는 그 에너지를 흡수하고, 광열변환 과정을 통해 열을 방출한다. 이번에 개발된 섬유는 원래 모양의 5배로 늘어나는 신축성도 갖췄고, 최대 25회 세탁해도 기능을 유지했다.
연구팀 관계자는 "실용화 단계에서 비용을 보다 절감하기 위해 PDA의 대체 원료를 찾고 있다"며 "장기간 피부 접촉에 대한 안전성까지 확인되면 특수 목적의 장비 제작이 가능한 것은 물론, 일상적인 방한복의 기능이 대폭 향상될 것"이라고 전망했다.
이윤서 기자 lys@sputnik.kr
