KR102609048B1 - 온도 감응 및 색상형 스마트 복사냉각 디바이스 - Google Patents
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Abstract
본원은, 외부 기온에 따라 냉난방을 자연적으로 조절하는 스마트 복사냉각 기능과 발현 색상이 변화하는 기능을 갖는 나노섬유를 이용한, 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스, 및 상기 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스를 이용한 물체의 냉각 또는 보온 방법에 관한 것이다.
Description
본원은, 외부 기온에 따라 냉난방을 자연적으로 조절하는 스마트 복사냉각 기능과 발현 색상이 변화하는 기능을 갖는 나노섬유를 이용한, 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스, 및 상기 온도 감응형 스마트 복사냉각 디바이스를 이용한 물체의 냉각 또는 보온 방법에 관한 것이다.
복사냉각 디바이스란 태양빛 아래에서도 외부 에너지의 유입없이 자가적으로 주변 기온보다 차가워지는 물질로서, 지구 온난화로 인하여 세계적으로 에너지의 수요량이 증가하고 있는 현실에서 에너지 소비없이 건물 또는 물건의 냉각 및 보온에 도움이 되는 상기 냉각 디바이스의 존재는 글로벌 에너지 산업에 큰 영향을 미칠 수 있다.
복사냉각을 위해서는 높은 태양광 반사율이 중요하기 때문에 종래 기술의 복사냉각 소재는 대부분 100 nm 이상의 은 박막을 포함하도록 설계되었다. 이 경우 옷감으로의 활용이 어려워질 뿐만 아니라 은 거울의 특성상 강한 정반사로 인해 눈부심 등을 유발하는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 이를 피하기 위해 나노입자 등의 산란체를 활용한 복사냉각 소재가 연구되었지만 대부분 페인트 또는 에어로 젤 형태로 사용되어야 하므로, 상대적으로 내구도 및 유연성 등에서 보완될 점이 존재한다 (국제공개특허공보 WO2019/152952). 또한 외부 온도에 따른 냉난방의 스마트 전환이 가능한 산란형 구조는 드물기 때문에 산란체를 사용한 복사냉각 소재는 스마트 복사냉각 디바이스로 구현되기는 어려운 문제점이 있다.
본원은, 상기의 문제점을 해결하기 위해, 추가적인 산란체 없이도 외부 기온에 따라 자연적으로 냉난방이 가능하도록 하고, 동시에 발현 색상이 변화하는 나노섬유를 이용한 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스에 관한 것이다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 제 1 측면은, 복사냉각 기능 및 색상 발현 기능을 갖는, 나노섬유가 함유된 나노섬유 구조체를 포함하는, 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스를 제공한다.
본원의 제 2 측면은, 제 1 측면에 따른 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스를 이용한, 물체를 냉각 또는 보온하는 방법을 제공한다.
본원의 구현예들에 따른 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스는, 복사냉각 기능 및 색상 발현 기능을 갖는 섬유 구조체를 사용하여 추가적인 산란체를 사용하지 않고도 태양광을 산란시키고, 나노섬유 구조체의 두께 및 나노섬유의 부피율에 따라 중적외선을 투과 또는 흑체복사할 수 있으므로, 복사냉각 소재로 활용될 수 있는 특징이 있다.
본원의 구현예들에 따른 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스는 스마트 옷감 및 플렉시블 소재가 필요한 물 탱크, 건물, 자동차, 태양광 패널, 창문 등에 복사냉각 소재로 활용되어 복사냉각 기능을 구현할 수 있는 특징이 있다. 또한, 상기 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스는 나노섬유에 감온 안료를 포함함으로써 상기 스마트 옷감 및 상기 복사냉각 소재가 색상을 구현하도록 하여 심미적으로 보다 우수한 효과를 나타낼 수 있다.
본원의 구현예들에 따른 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스는, 나노섬유에 외부 온도에 따라 색상이 변하는 감온 안료를 포함함으로써 외부 온도에 따라 색상이 변화와 함께 복사냉각 기능이 발휘되도록 하여 온도 감응형 스마트 복사냉각 소재로 활용될 수 있는 특징이 있다.
도 1은, 복사냉각 디바이스의 구현 원리를 설명하기 위한 그래프로서, a) AM1.5 태양광 강도 스펙트럼; 및 b) 중적외선(MIR)에서의 대기 흡수율 스펙트럼을 나타낸다.
도 2a는, 폴리디메틸실록산(PDMS)의 중적외선 굴절률을 나타내는 그래프이다.
도 2b는, 폴리이미드(PI)의 중적외선 굴절률을 나타내는 그래프이다.
도 2c는, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)의 중적외선 굴절률을 나타내는 그래프이다.
도 3a는, 본원의 일 실시예에 있어서, PDMS 섬유를 포함하는 나노섬유 구조체(직물형)의 두께와 부피율(volume fraction)에 따른 평균 중적외선(8 μm 내지 13 μm) 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 3b는, 본원의 일 실시예에 있어서, PI 섬유를 포함하는 나노섬유 구조체(직물형)의 두께와 부피율(volume fraction)에 따른 평균 중적외선(8 μm 내지 13 μm) 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 3c는, 본원의 일 실시예에 있어서, PMMA 섬유를 포함하는 나노섬유 구조체(직물형)의 두께와 부피율(volume fraction)에 따른 평균 중적외선(8 μm 내지 13 μm) 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 4는, 본원의 일 실시예에 있어서, PDMS 나노섬유의 반지름에 따른, a) 태양광 산란 효율 스펙트럼; 및 b) 중적외선 산란 효율 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 5는, 본원의 일 실시예에 있어서, PMMA 나노섬유의 반지름에 따른, a) 태양광 산란 효율 스펙트럼; 및 b) 중적외선 산란 효율 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 6은, 본원의 일 구현예에 있어서, 나노섬유의 부피율이 10% 이하로 형성되어 구현된 투과형 나노섬유 구조체를 나타내는 그림이다.
도 7은, 본원의 일 구현예에 있어서, 나노섬유의 부피율이 10% 초과로 형성되어 구현된 흡수/방사형 나노섬유 구조체를 나타내는 그림이다.
도 2a는, 폴리디메틸실록산(PDMS)의 중적외선 굴절률을 나타내는 그래프이다.
도 2b는, 폴리이미드(PI)의 중적외선 굴절률을 나타내는 그래프이다.
도 2c는, 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)의 중적외선 굴절률을 나타내는 그래프이다.
도 3a는, 본원의 일 실시예에 있어서, PDMS 섬유를 포함하는 나노섬유 구조체(직물형)의 두께와 부피율(volume fraction)에 따른 평균 중적외선(8 μm 내지 13 μm) 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 3b는, 본원의 일 실시예에 있어서, PI 섬유를 포함하는 나노섬유 구조체(직물형)의 두께와 부피율(volume fraction)에 따른 평균 중적외선(8 μm 내지 13 μm) 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 3c는, 본원의 일 실시예에 있어서, PMMA 섬유를 포함하는 나노섬유 구조체(직물형)의 두께와 부피율(volume fraction)에 따른 평균 중적외선(8 μm 내지 13 μm) 투과율을 나타내는 그래프이다.
도 4는, 본원의 일 실시예에 있어서, PDMS 나노섬유의 반지름에 따른, a) 태양광 산란 효율 스펙트럼; 및 b) 중적외선 산란 효율 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 5는, 본원의 일 실시예에 있어서, PMMA 나노섬유의 반지름에 따른, a) 태양광 산란 효율 스펙트럼; 및 b) 중적외선 산란 효율 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 6은, 본원의 일 구현예에 있어서, 나노섬유의 부피율이 10% 이하로 형성되어 구현된 투과형 나노섬유 구조체를 나타내는 그림이다.
도 7은, 본원의 일 구현예에 있어서, 나노섬유의 부피율이 10% 초과로 형성되어 구현된 흡수/방사형 나노섬유 구조체를 나타내는 그림이다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~ 를 위한 단계”를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합(들)”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는 “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "태양광"은 태양으로부터 유입되고, 자외선, 가시광 및 근적외선(0.3 μm 내지 4 μm)을 포함하는 전자기파를 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "중적외선(mid-IR; MIR)"은 상온의 물체가 흑체복사하는 적외선 중에서 대기가 흡수하지 못하는 8 μm 내지 13 μm의 파장의 전자기파를 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 1 측면은, 복사냉각 기능 및 색상 발현 기능을 갖는, 나노섬유가 함유된 나노섬유 구조체를 포함하는, 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스를 제공한다.
도 1을 참고하여 설명하면, 복사냉각 기능은, 외부로부터 입사하는 태양광 사(300 nm 내지 4 μm)를 대부분 반사하고 중적외선 파장(8 μm 내지 13 μm)을 대부분 흡수 및 방사함으로써 자가적으로 냉각 기능을 구현할 수 있는 것을 말한다 (도 1의 a). 또한, 8 μm 내지 13 μm의 파장은 대기의 투과율이 높기 때문에 물체가 방사하는 중적외선 흑체복사파가 우주까지 도달할 수 있기 때문에 (도 1의 b), 온도가 2.73 K인 우주와 직접적으로 열교환을 함으로써 에너지 소모없이 물체를 냉각시킬 수 있다. 따라서, 상기 나노섬유 구조체의 복사냉각 기능은 상기 나노섬유 구조체가 외부로부터 태양광을 반사/산란하고, 중적외선에 투명하도록 설계됨(높은 투과율)으로써 구현될 수 있다. 또는 상기 나노섬유 구조체의 복사냉각 기능은 상기 나노섬유 구조체가 외부로부터 태양광을 반사/산란하고, 중적외선을 흡수 및 흑체복사하도록 설계됨(낮은 투과율)으로써 구현될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노섬유 구조체는 상기 나노섬유를 포함하는 제 1 공간; 및 상기 제 1 공간 이외의 제 2 공간을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 제 2 공간은 공기 또는 진공을 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노섬유는 감온 안료를 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 감온 안료는 류코 염료(leuco dye)를 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노섬유 구조체는 직물형 또는 엉켜진 네트워크형인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 나노섬유 구조체는 수백 나노미터 지름의 나노섬유가 직물처럼 형성된 소재 또는 무작위적으로 엉켜진 형태일 수 있으며, 감온 안료가 첨가된 것일 수 있다. 따라서, 상기 나노섬유 구조체는 복사냉각 기능과 더불어 색상 발현 기능을 갖는 것일 수 있다. 상기 감온 안료의 첨가된 나노섬유는 전기방사 기술을 통해 제조될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노섬유 구조체의 두께는 50 μm 내지 1000 μm인 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노섬유의 반지름은 250 nm 내지 750 nm인 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노섬유 구조체에 대한 상기 제 1 공간의 부피율(volume fraction)은 90% 이하인 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 나노섬유 구조체에 대한 상기 제 1 공간의 부피율(volume fraction)은 90% 이하, 80% 이하, 5% 내지 90%, 5% 내지 80%, 5% 내지 70%, 5% 내지 10%, 30% 내지 90%, 30% 내지 80% 또는 30% 내지 70%인 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노섬유 구조체에 대한 상기 제 1 공간의 부피율이 10% 이하인 경우, 상기 나노섬유 구조체가 태양광을 반사 또는 산란하고, 중적외선을 투과하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 나노섬유 구조체에서 나노섬유의 부피율을 낮추거나, 상기 나노섬유 구조체의 두께를 얇게 하는 경우, 또는 둘 모두를 행하는 경우, 상기 나노섬유 구조체는 도 6의 투과형 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스로 구현될 수 있다. 1) 상기 나노섬유 구조체의 하부에 흑체가 없는 경우에 있어서, 1-1) 외부 기온이 고온인 경우, 상기 나노섬유 구조체는 태양광을 반사 또는 산란할 수 있으며 중적외선을 투과시켜 인체에 흡수 및 인체가 중적외선을 흑체복사하도록 할 수 있다. 이로써 상기 인체의 흑체복사를 통해 열을 우주로 전달하여 인체의 복사냉각이 구현될 수 있다. 1-2) 외부 기온이 저온인 경우, 상기 나노섬유 구조체의 감온 안료가 태양광을 일부 흡수하고, 상기 나노섬유 구조체가 중적외선을 투과될 수 있다. 이때, 일부 흡수된 태양광의 에너지가 인체의 흑체복사 에너지에 비해 현저히 크므로 상기 나노섬유 구조체의 온도가 올라갈 수 있어 열전도를 통해 인체를 보온할 수 있다. 2) 상기 나노섬유 구조체의 하부에 흑체가 존재하는 경우에 있어서, 2-1) 외부 기온이 고온인 경우, 상기 나노섬유 구조체는 태양광을 반사 또는 산란할 수 있으며 중적외선을 투과시켜 하부의 흑체에 흡수 및 흑체가 중적외선을 흑체복사하도록 할 수 있다. 이로써 상기 흑체가 흑체복사를 통해 냉각될 수 있으며, 인체와의 열전도를 통해 인체가 냉각되도록 할 수 있다. 2-2) 외부 기온이 저온인 경우, 상기 나노섬유 구조체의 감온 안료가 태양광을 일부 흡수하고, 나노섬유 구조체가 중적외선을 투과시킬 수 있다. 이때, 일부 흡수된 태양광의 에너지가 흑체의 흑체복사 에너지에 비해 현저히 크므로 상기 나노섬유 구조체의 온도가 올라갈 수 있어 열전도를 통해 인체를 보온할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노섬유 구조체에 대한 상기 제 1 공간의 부피율이 30% 내지 90%인 경우, 상기 나노섬유 구조체가 태양광을 반사 또는 산란하고, 중적외선을 흑체복사하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 나노섬유 구조체에서 나노섬유의 부피율을 높이거나, 상기 나노섬유 구조체의 두께를 두껍게 하는 경우, 또는 둘 모두를 행하는 경우, 상기 나노섬유 구조체는 도 7의 흡수/방사형 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스로 구현될 수 있다. 3) 상기 나노섬유 구조체의 하부에 흑체가 없는 경우에 있어서, 3-1) 외부 기온이 고온인 경우, 상기 나노섬유 구조체는 태양광을 반사 또는 산란할 수 있으며 중적외선을 흡수 및 흑체복사할 수 있다. 이로써 상기 나노섬유 구조체의 흑체복사를 통해 열을 우주로 전달하여 상기 나노섬유 구조체의 복사냉각이 구현되고, 이로써 상기 나노섬유 구조체의 온도가 내려갈 수 있으며, 인체와의 열전도를 통해 인체가 냉각되도록 할 수 있다. 3-2) 외부 기온이 저온인 경우, 상기 나노섬유 구조체의 감온 안료가 태양광을 일부 흡수하고, 나노섬유 구조체가 중적외선을 흡수 및 흑체복사할 수 있다. 이때, 일부 흡수된 태양광의 에너지가 상기 나노섬유 구조체의 흑체복사 에너지에 비해 현저히 크므로 상기 나노섬유 구조체의 온도가 올라갈 수 있어 열전도를 통해 인체를 보온할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노섬유는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS), 폴리이미드(Polyimide; PI), 폴리메틸 메타크릴레이트(Poly methyl methacrylate; PMMA), 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile; PAN), 폴리에스터, 나일론, 폴리에틸렌(Polyethylene; PE), 폴리(비닐리덴 플루오라이드-코-헥사 플루오로 프로필렌)(Poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene); PVdF-HFP) 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 나노섬유는 기계적 강도가 크고 중적외선 파장에서 비교적 낮은 투과율을 갖는 것일 수 있다. 즉, 상기 나노섬유는 상기 부피율 10% 이하의 나노섬유 구조체에 비해 낮은 중적외선 투과율을 갖는 것일 수 있다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리이미드(PI) 및 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)의 세 종류 고분자의 굴절률 스펙트럼을 통해 중적외선 투과율을 확인할 수 있다. 세 고분자 모두의 굴절률의 허수부가 중적외선에서 큰 것을 확인할 수 있으며, 이를 통해 높은 중적외선 흡수율(낮은 투과율)을 갖는 것임을 확인할 수 있다. 다만, 상기 나노섬유 구조체는 나노섬유를 포함하는 제 1 공간 이외의 제 2 공간(공기 등)을 포함함으로써 중적외선에 대해 높은 투과율을 달성할 수 있다. 구체적으로, 상기 높은 투과율은 상기 나노섬유의 상기 나노섬유 구조체에 대해 부피율 10% 이하인 경우 달성될 수 있다. 특히, 상기 나노섬유 구조체가 성기게 얽힌 직물 구조인 경우, 나노섬유 구조체 전체 부피에 대해 제 2 공간이 차지하는 부피율이 크므로 같은 두께의 단순 박막과 비교할 때, 중적외선 투과율이 높아질 수 있다.
도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 나노섬유 구조체(직물형)의 두께와 나노섬유 구조체에 대한 제 1 공간(나노섬유)의 부피율(volume fraction)에 따른 중적외선 투과율을 확인할 수 있다 (밝은색으로 갈수록 투과율이 높음). 구체적으로, 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리이미드(PI) 및 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)의 세 종류 고분자를 사용한 직물형 나노구조체에 있어서, a) 제 1 공간(나노섬유)의 부피율이 10% 이하인 경우에는 대부분의 직물 두께에서 투과율 50% 이상의 높은 투과율이 나타남을 확인할 수 있다. 또한, 일반적인 직물의 두께의 하한이 200 μm 정도인 것을 감안하면, 해당 두께에서 부피율 약 10% 이하인 경우에는 매우 높은 중적외선 투과율이 나타남을 확인할 수 있다. 상기의 높은 투과율은 나노섬유 주위 모든 방향으로 지름의 약 2.6 배만큼의 공간만 있어도 충족되는 것이므로 전기방사를 통해 나노섬유의 지름을 감소시킬 경우 복사냉각 소재로서 활용되기에 충분한 가능성이 확보될 수 있음을 의미한다. 한편, b) 제 1 공간(나노섬유)의 부피율이 30% 내지 90%인 경우에는, 나노섬유 구조체의 두께 200 μm 이상의 대부분의 직물 두께에서 투과율 30% 이하의 낮은 투과율이 나타남을 확인할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 나노섬유의 산란 효율 스펙트럼을 통해 태양광 반사율을 확인할 수 있다. 구체적으로, 나노섬유의 반지름이 약 5 nm 내지 1 μm인 경우 태양광 영역의 파장에 대해 산란 효율이 높으며 중적외선에 대해서는 낮은 산란 효율을 나타낼 수 있다. 특히, 나노섬유의 반지름이 약 250 nm 내지 750 nm인 경우에는 산란 효율 스펙트럼의 최고점이 약 400 nm 내지 1 μm의 파장에 들어올 수 있다. 태양광 복사가 상기 400 nm 내지 1 μm 파장대역에서 가장 강하기 때문에 상기의 반지름을 가진 상기 나노섬유는 태양광 산란에 아주 효과적임을 확인할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 본원의 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스는 흑체복사체를 추가 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로, 본원의 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스는 흑체복사체 없이 사용될 수 있거나 흑체복사체를 추가 포함할 수 있다. 상기 흑체복사체를 포함하지 않는 경우에는 상기 나노섬유의 부피율 10% 이하의 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스는 스마트 옷감으로 활용될 수 있으며, 이때 인체가 중적외선 흡수 및 방사체 역할을 할 수 있다. 또한, 상기 흑체복사체를 포함하지 않는 경우에 있어서, 상기 나노섬유의 부피율 30% 내지 90%의 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스는, 그 자체가 중적외선 흡수 및 방사체 역할을 할 수 있으므로, 스마트 옷감으로 활용될 수 있다. 그리고, 상기 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스는 그 자체로서 색상을 발현할 수 있으므로 스마트 옷감으로 사용될 경우 디자인 측면에서 활용도가 높다. 아울러, 상기 흑체복사체를 포함하는 경우에는 상기 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스는 플렉시블한 소재가 필요한 곳에서 복사냉각 소재로 활용될 수 있다. 구체적으로, 플렉시블 소재가 필요한 물 탱크, 건물, 자동차, 태양광 패널, 창문 등에 상기 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스가 사용되어 복사냉각 성능과 함께 색상을 발현할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노섬유는 외부 온도에 따라 색상이 변하는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 나노섬유는 감온 안료를 포함하는 것일 수 있으며, 이때 상기 감온 안료는 류코 염료(leuco dye)를 포함하는 것일 수 있다. 상기 감온 안료는 외부 온도에 따라 가역적으로 색상 발현과 투명화 상태를 오갈 수 있는 것으로서, 외부 온도에 따라 감온 안료의 고분자 복합체가 생성과 분해를 반복하여 색상을 발현이 조절될 수 있다. 또한, 본원에 따른 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스는 저온에서 색상이 나타나고 고온에서는 투명한 감온 안료를 사용하여 온도 감응 스마트 구동이 구현화 될 수 있다. 구체적으로, 상기 감온 안료가 가시광(태양광) 일부를 흡수하여 색상을 발현하는 경우(저온), 상기 나노섬유의 온도가 상승하여 인체의 보온 기능을 구현될 수 있으며, 고온에서는 가시광(태양광)의 반사 또는 산란으로 인해 상기 감온 안료가 다시 투명하게 되어 상기 나노섬유로 인해 흰색을 발현하게 되므로, 상기 감온 안료가 첨가된 나노섬유는 복사냉각 기능을 발현할 수 있다.
본원의 제 2 측면은, 제 1 측면에 따른 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스를 이용한, 물체를 냉각 또는 보온하는 방법을 제공한다.
제 1 측면 및 제 2 측면에 있어서, 서로 공통될 수 있는 내용은 그 기재가 생략되었더라도 모두 적용될 수 있다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (15)
- 복사냉각 기능 및 색상 발현 기능을 갖는, 나노섬유가 함유된 나노섬유 구조체
를 포함하는, 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스로서,
상기 나노섬유 구조체는 상기 나노섬유를 포함하는 제 1 공간; 및 상기 제 1 공간 이외의 제 2 공간을 포함하고,
상기 제 2 공간은 공기 또는 진공을 포함하는 것이며,
상기 나노섬유 구조체에 대한 상기 제 1 공간의 부피율은 30% 내지 90%이며, 상기 나노섬유 구조체는 태양광을 반사 또는 산란하고, 중적외선을 흑체복사하는 것이며,
상기 나노섬유는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane; PDMS), 폴리이미드(Polyimide; PI), 폴리메틸 메타크릴레이트(Poly methyl methacrylate; PMMA), 폴리아크릴로니트릴(Polyacrylonitrile; PAN), 및 폴리에스터 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것이고,
상기 나노섬유는 감온 안료를 포함하는 것이며, 상기 감온 안료는 류코 염료(leuco dye)인 것이고,
상기 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스는 추가적인 산란체를 포함하지 않는 것인, 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 나노섬유 구조체의 두께는 200 μm 내지 1000 μm인 것인, 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스.
- 제 1 항에 있어서,
상기 나노섬유의 반지름은 250 nm 내지 750 nm인 것인, 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 나노섬유 구조체는 직물형 또는 엉켜진 네트워크형인 것인, 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 나노섬유 구조체의 하부에 흑체복사체를 추가 포함하는, 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스.
- 제 1 항에 있어서,
상기 나노섬유는 외부 온도에 따라 색상이 변하는 것인, 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스.
- 제 1 항에 따른 온도 감응 및 색상형 복사냉각 디바이스를 이용한, 물체를 냉각 또는 보온하는 방법.
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| KR102347673B1 (ko) * | 2019-03-29 | 2022-01-07 | 한국과학기술원 | 온도 감응형 스마트 복사냉각 디바이스 |
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