나비 날개에서 영감을 받은 나노 구조 유색 필름

목차

나비 날개에서 영감을 받은 나노구조 유색 필름

나노구조의 빛의 반사 효과

연구과정

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나비 날개에서 영감을 받은 나노 구조 유색 필름

더운 여름날 흰색 옷은 햇빛을 흡수하지 않고 반사하기 때문에 다른 색상보다 시원하게 느껴집니다. 어두운 색이나 검은색 등 다른 색상은 빛을 흡수하면서 가열 효과를 받습니다. 유색 냉각 필름에서 이러한 가열 효과를 피하기 위해 Optica Publishing Group 의 연구원(팀장, Wanlin Wang)들은 모르포 나비 날개에서 영감을 받아 나노 구조를 통해 새로운 결과물을 얻었습니다.

모르포 나비와 나노 필름

 

나노구조의 빛의 반사 효과

파란색 페인트를 칠한 자동차는 노란색 빛을 흡수하고 파란색 빛을 반사하기 때문에 파란색으로 보입니다. 흡수된 많은 양의 빛이 자동차를 가열합니다. 그러나 모르포 나비는 날개의 나노 구조를 기반으로 채도가 높은 파란색을 띕니다.

냉각 나노필름은 모르포 나비의 이러한 나노 구조를 모방하여 기존 페인트처럼 빛을 흡수하지 않는 색상을 생성합니다. 빛을 흡수하지 않는 이 새로운 필름은 선명한 색상 특성을 유지하면서도 냉각에 필요한 에너지를 줄이기 위한 건물, 차량 및 장비의 외부에 사용할 수 있습니다.

실제로 대형 빌딩 등에서는 냉방과 환기에 많은 양의 에너지가 사용되며, 전기차의 경우 에어컨을 가동하면 주행거리가 절반 이상 줄어들 수 있습니다. 빛을 흡수하지 않은 이 냉각 필름을 외부에 부착하여 사용하게 되면 에너지 절감효과를 누릴 수 있을 것으로 예상됩니다.

이 필름은 평균적으로 주변 온도보다 약 2°C 낮은 다채로운 물체의 온도를 낮춘다는 것을 보여줍니다. 그들은 또한 하루 종일 외부에 방치했을 때 기존 파란색 자동차 페인트보다 이 필름을 사용한 자동차의 내부온도가 약 26°C 더 차갑다는 사실을 발견했습니다. 이는 연간 약 1377 MJ/m2의 연간 에너지 절약을 나타냅니다.

나노 냉각 필름 구조

 

연구과정

연구원들은 나노 구조를 구현하기 위해 이산화티타늄과 이산화알루미늄으로 만들어진 다층 재료 아래에 거친 반투명 유리를 배치했습니다. 그런 다음 모든 빛을 반사하는 은층 위에 이 구조를 배치하여 태양 복사 흡수와 그 흡수와 관련된 가열을 방지했습니다.

필름의 색상은 다층 구조 내의 구성 요소가 빛을 반사하는 방식에 따라 결정됩니다. 예를 들어 파란색은 매우 좁은 범위의 각도에서 노란색 빛을 반사하도록 설계되었으며 거친 반투명 유리는 넓은 영역에 걸쳐 파란색 빛을 확산시킵니다.

새로운 기술을 테스트하기 위해 연구원들은 여름과 겨울 내내 오전 9시부터 오후 4시까지 심천 대학의 지붕, 자동차, 천, 휴대폰과 같은 표면에 파란색, 노란색 및 무색 필름을 씌우고 실험하였습니다. 센서와 적외선 카메라를 사용하여 온도를 측정한 결과 냉각 필름이 주변보다 겨울에는 약 15℃, 여름에는 약 35℃ 더 낮다는 것을 확인하였습니다.

이들은 은 필름을 알루미늄 필름으로 대체하면 필름의 제조원가를 절감할 수 있고, 필름의 냉각 및 색상 성능을 시연했으므로 기계적 및 화학적 견고성과 같은 다른 특성을 연구하고 최적화하여 상품화 할 계획이라고 합니다.

 

 

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Date : August 3, 2023

Source : Optica