색상

시카고 대학의 연구원들은 난방 또는 냉방을 돕기 위해 색상을 변경하고 건물의 에너지 효율성을 향상시키기 위해 개조할 수 있는 피복재를 발명했습니다.

복합 재료는 구리 호일, 플라스틱 및 그래핀을 포함한 여러 다른 층으로 구성되며 외부 온도에 따라 적외선 색상(열화상에서 나타나는 색상)이 변경될 수 있습니다.

동시에 건물에서 흡수하거나 방출하는 적외선 열의 양도 변경됩니다. 더운 날에는 열화상에서 이 물질이 노란색으로 나타나 더 많은 열을 방출하고 있음을 나타내며, 추운 날에는 열을 보유하고 있기 때문에 보라색으로 나타납니다.

예를 들어 지붕널 형태로 건물 외관에 사용할 경우 이 소재는 잠재적으로 난방, 환기 및 공조(HVAC)의 필요성을 줄이고 건물의 전체 에너지 소비를 낮출 수 있습니다.

"우리는 본질적으로 건물을 사람처럼 취급하는 저에너지 방법을 알아냈습니다. 추울 때 한 겹을 추가하고 더울 때 한 겹을 벗는 것입니다."라고 재료 엔지니어인 Po-Chun Hsu가 말했습니다. 연구를 주도한 프리츠커 분자공학대학원.

"이런 종류의 스마트 소재를 사용하면 엄청난 양의 에너지 없이도 건물의 온도를 유지할 수 있습니다."

클래딩은 카멜레온처럼 온도에 반응합니다.

시카고 대학은 이 물질이 외부 온도에 반응하여 색상이 변할 수 있기 때문에 이 물질을 "카멜레온과 같다"고 설명합니다.

선택한 트리거 온도에서 재료는 소량의 전기를 사용하여 구리를 얇은 필름에 증착하거나 벗겨냅니다.

이 화학 반응은 재료의 중심층(수성 전해질 용액)을 고체 구리로 효과적으로 변환합니다. 저방출 구리는 열을 유지하고 건물 내부를 따뜻하게 하는 데 도움이 되며, 고방출 수층은 건물을 시원하게 유지합니다.

수계 전해질 층은 또한 물질을 불연성으로 만드는 데 도움이 되며, 연구원들은 금속에서 액체로 그리고 다시 금속으로 전환하는 과정을 "안정적이고 비휘발성이며 효율적이고 기계적으로 유연하다"고 설명합니다.

Hsu는 "일단 상태 사이를 전환하면 두 상태를 유지하기 위해 더 이상 에너지를 적용할 필요가 없습니다"라고 말했습니다. "따라서 이러한 상태 사이를 매우 자주 전환할 필요가 없는 건물의 경우 실제로는 매우 미미한 양의 전기를 사용하고 있습니다."

재료로 에너지 소비를 8% 줄일 수 있음

Nature Sustainability 저널에 게재된 연구의 일환으로 연구원들은 또한 15개 기후대를 대표하는 미국 15개 도시의 건물에 재료를 적용하여 달성할 수 있는 에너지 절약을 테스트하기 위한 모델을 만들었습니다.

날씨 변화가 심한 지역에서는 이 소재가 건물의 연간 HVAC 에너지 소비량을 평균 8.4% 절약할 수 있다는 사실을 발견했습니다. 동시에 이 자재는 건물 전체 전기의 0.2%만을 운영에 사용했습니다.

현재 건물 건설 및 운영은 전 세계 탄소 배출량의 거의 37%를 차지하며, 그 중 대부분은 조명, 난방 및 냉방을 포함한 건물 운영에서 발생합니다.

이러한 배출을 줄이기 위해 단열재보다 단열재를 설치하는 것이 더 편리할 것이라고 연구원들이 제안한 것처럼 단열재가 불량하거나 역사적인 건물을 개조하고 에너지 효율성을 향상시키는 데 이 재료를 사용할 수 있습니다.

그러나 투명 전도성 층으로 사용되는 단층 그래핀 및 금 마이크로그리드를 포함한 일부 구성 요소는 현재 여전히 비싸고 제조가 복잡합니다.

연구자들은 지금까지 재료의 폭이 6센티미터에 불과한 패치를 만들었지만 이를 지붕널처럼 조립하여 더 큰 시트를 만드는 것을 상상해 보세요.

물층이 활성화되면 물질은 짙은 흰색을 띠고, 구리층이 활성화되면 구리빛 갈색으로 변합니다.

그러나 투명한 물 층 뒤에 안료 층을 추가하여 재료를 조정하여 다양한 색상을 표시할 수도 있습니다.