신기술: 고엔트로피 광열 박막 조력 직물의 인체 열 관리 성능

쾌적한 신진대사 온도를 유지하는 것은 인체의 기본 생리 기능을 유지하는 데 매우 중요하다.야외에서 정지된 성인은 적외선복사를 통해 약 50% 의 열량을 소모하는데 전통적인 방직재료 (예를 들면 면과 폴리에스테르) 는 높은 적외선발사율 (~90%) 을 갖고있어 대량의 복사성열량손실을 초래한다.따라서 직물 표면을 가공하여 인체의 열 관리를 실현하면 이러한 결함을 보완할 수 있을 것이다.

현재 보도된 열관리 직물의 흡수율은 좋지 않아 추운 날씨에 인체를 효과적으로 가열할 수 없으며, 기존의 선택적 흡수 코팅 기술은 일반 면포 표면에서 높은 거칠음으로 인해 스펙트럼 선택성을 잃게 된다.그러므로 제로에너지소모열관리직물을 연구하는것은 중요한 의의가 있다.

최근 중국과학원 란저우화학물리연구소 청정에너지화학과 재료실험실 연구원 가오샹후, 류강팀 등은 자기제어 사출방법을 통해 일반 면포 표면에 고엔트로피질소화물 (ZrNbMo-Al-N) 에 기초한 다층박막을 제조하여 비교적 높은 스펙트럼 선택성을 가진 인체열관리직물을 실현하였다.연구진은 안정적인 전열 모델을 구축함으로써 직물의 높은 흡수율과 낮은 발사율이 저온 환경에서 인체의 보온에 모두 기여한다는 것을 발견했다. 특히 흡수율의 최적화는 야외 조명 환경에서의 보온 능력을 효과적으로 증가시킬 수 있다 (그림 1).

이에 따라 연구진은 이론적 계산과 실험 검증을 결합한 방법으로 다층 박막 광학 성능을 최적화했다 (그림 2).최적화된 선택적 흡수 코팅은 금속 알루미늄으로 장식된 면직물에 92.8% 의 높은 흡수율과 39.2% 의 낮은 발사율을 실현하여 우수한 광열 전환 효율 (82.2%, 600W m-2, 0 ℃) 을 가지고 있으며, 이미 보도된 태양열 가열 직물에 비해 뚜렷한 우위를 가지고 있다.연구원들은 직물의 가열 능력을 실험 검증하였다.직물의 낮은 발사율로 인해 실내 에어컨의 설정 온도가 3.5 ℃ 낮아져 에너지 소비가 줄어듭니다.

겨울철 아침, 태양광의 강도가 350W m-2에 불과하고 공기온도가 7.5 ℃ 임에도 불구하고 이 팀이 연구한 고엔트로피보온직물을 리용하면 인체표면온도를 12 ℃ 높일수 있다 (그림 3).이와 동시에 이 직물은 또 면직물의 착용가능성을 유지하였는데 실험테스트에 따르면 량호한 수증기투과률, 통기성, 내구성을 갖고있다.서로 다른 세탁 주기를 거쳐도 이 직물은 여전히 우수한 광학 성능을 유지하고 있다.

이 팀이 제시한 고엔트로피 직물은 광열 전환 효율, 통기성, 수증기 투과율, 기계적 강도, 내구성, 세탁 가능성과 제조가 용이한 등의 장점을 가지고 있어 직물 인체 열 관리의 연구와 실제 응용에 중요한 기여를 한다.관련 연구 성과는 Efficient Warming Textile Enhanced by a High-Entropy Spectrally Selective Nanofilm with High Solar Absorption이라는 제목으로 Advanced Science에 발표됐다.

관련 연구사업은 중국과학원 청년혁신촉진회, 감숙성 과학기술중대전문항목과 란주화물소"14.5"규획중대돌파항목의 지지를 받았다.

그림 1 고엔트로피 보온 직물의 보온 메커니즘 및 이론적 검증

그림 2 고엔트로피 보온 직물의 제조 및 광학 성능

그림 3 고엔트로피 보온 직물 보온 성능의 야외 검증