더위를 이기는 식물 : 이 식물

Jennifer Ouellette - 2023년 5월 30일 오후 9:58 UTC

여름이 성큼 다가왔습니다. 기온이 더 높아져 특히 더운 날에는 에어컨을 가동하게 되는 경우가 많습니다. 에어컨의 단점은 장치가 에너지를 소모하고 온실가스를 배출하여 지구 온난화에 더욱 기여할 수 있다는 것입니다. 이에 친환경 대안 마련에 대한 관심이 뜨겁다. 케임브리지 대학의 과학자들은 햇빛에 노출되면 더 시원해지는 혁신적인 새로운 식물 기반 필름을 개발했습니다. 이는 외부 전원 없이도 미래에 건물이나 자동차를 냉각시키는 데 이상적입니다. 그들은 미국 화학 학회(American Chemical Society)의 최근 회의에서 자신들의 연구 결과를 설명했습니다.

이 접근 방식의 기술 용어는 수동 주간 복사 냉각(PDRC)이며, 열을 분산시키기 위해 시스템에 에너지를 주입할 필요가 없기 때문에 그렇게 명명되었습니다. 표면은 공기나 대기에 흡수되지 않고 자체 열을 우주로 방출하므로 전기 에너지 없이도 주변 공기보다 몇 도 더 시원해집니다.

Qingchen Shen은 회의 중 기자회견에서 "우리는 온도가 다른 물체 사이에 자발적인 열 전달이 있다는 것을 알고 있습니다."라고 말했습니다. 그들의 냉각 기술은 이러한 열 전달을 활용합니다. 대부분의 PDRC 재료(페인트, 필름 등)는 햇빛의 광대역 반사를 달성하기 위해 흰색이거나 거울 마감 처리되어 있습니다. 안료나 염료는 특정 파장의 빛을 흡수하고 특정 색상만 반사하여 빛의 에너지를 열로 변환하기 때문에 이를 방해합니다. Shen et al.이 제작한 영화. 착색되어 있으나 색소나 염료를 첨가한 것이 아닌 나노결정 형태의 구조적 색상이다. 따라서 수동 냉각 효율을 희생하지 않고도 색상을 추가할 수 있습니다.

이전에 보고된 바와 같이, 예를 들어 나비 날개, 비눗방울 또는 딱정벌레 껍질의 밝은 무지개 빛깔의 색상은 색소 분자에서 나오는 것이 아니라 날개의 구조에 따라 나타납니다. 이는 물리학자가 광결정이라고 부르는 것의 자연적으로 발생하는 예입니다. 자연에서는 키틴(곤충에 흔히 존재하는 다당류)의 비늘이 기와처럼 배열되어 있습니다. 본질적으로 회절 격자는 광결정이 빛의 특정 색상 또는 파장만 생성하는 반면 회절 격자는 프리즘과 마찬가지로 전체 스펙트럼을 생성한다는 점을 제외하면 회절 격자를 형성합니다. 포토닉 밴드 갭 재료라고도 알려진 광결정은 "조정 가능"합니다. 즉, 특정 파장의 빛을 차단하고 다른 파장은 통과시키도록 정밀하게 정렬되어 있음을 의미합니다. 타일의 크기를 변경하여 구조를 변경하면 결정이 다른 파장에 민감해집니다.

과학자들은 실험실에서 자신만의 구조적 색상 재료를 만들 수 있지만 광학 정밀도를 희생하지 않고 상업적 응용을 위해 프로세스를 확장하는 것은 어려울 수 있습니다. 따라서 자연에서 발견되는 것과 같은 구조적 색상을 만드는 것은 재료 연구의 활발한 영역입니다.

예를 들어, 작년에 MIT의 과학자들은 물리학자 Gabriel Lippmann이 발명한 19세기 홀로그램 사진 기술을 적용하여 늘어나면 색상이 변하는 카멜레온 같은 필름을 개발했습니다. 이 필름은 압력에 반응하여 색상이 변하는 붕대를 만드는 데 이상적이며 의료 전문가가 상처를 너무 세게 감싸고 있는지 알려주는 데 이상적입니다. 이는 정맥 궤양, 욕창, 림프부종 및 흉터와 같은 상태를 치료할 때 중요한 요소입니다. 아이들은 소아과 의사에게 도움이 되는 색이 변하는 붕대를 착용하는 것을 좋아할 것입니다. 그리고 이 소재로 큰 시트를 만들 수 있으면 의류와 스포츠웨어에 적용할 수 있는 가능성이 열립니다.

좋은 PDRC 소재는 낮 동안 주변 공기보다 차갑게 유지되어야 합니다. 즉, 햇빛을 흡수하지 않고 많은 양을 반사해야 합니다. Shen과 그의 동료들은 수동 냉각 무지개 빛깔의 필름, 특히 셀룰로오스를 위해 식물 기반 재료를 사용하기로 결정했습니다. Shen은 재료 선택에 대해 "셀룰로오스는 자연에서 가장 풍부한 중합체"라고 말했습니다. "셀룰로오스는 목재나 면에서 쉽게 찾을 수 있습니다. 천연 소재인 셀룰로오스는 지속 가능하고 생체 적합합니다. 그리고 태양 에너지를 거의 흡수하지 않으며 적외선 대역에서 열 방사율이 매우 높습니다. 이러한 특성은 달성에 매우 중요합니다. 복사 냉각."