실내 공간의 쾌적한 온도는 우리에게 매우 자연스럽게 느껴지므로 날씨와 계절이 변함에 따라 "실내 온도"를 유지하는 것이 얼마나 중요한 작업인지 거의 생각하지 않는다. 전 세계 에너지의 30%가 건물에서 소비되는 곳에서 이 중 거의 절반이 냉난방에 직접 사용된다.

기후 변화가 극한 날씨의 빈도와 심각성을 모두 악화시키므로 이러한 소비는 증가할 것으로 예상된다. 장기간의 여름 폭염과 겨울의 극심한 한파는 냉난방 시스템에 대한 부담을 증가시켜 에너지 소비를 증가시키고 결과적으로 기후에 미치는 영향을 더욱 가중시키게 된다.

문제: 이 문제에 직면하여 많은 연구자들은 에너지를 소비하지 않고 열을 반사하거나 흡수할 수 있는 분자 특성을 가진 더 스마트한 절연 재료를 개발하는 데 전념하고 있다.

현재 탐구되고 있는 한 가지 효과인 "전기 변색"은 전류에 의해 자극될 때 색상을 가역적으로 변경할 수 있는 재료와 관련이 있다.

지금까지 이 연구는 주로 가시광선 파장에서 색상 간의 튜닝에 중점을 두었다. 그러나 대부분의 열은 상온에서 적외선 파장으로 방사되기 때문에 기존의 전기 변색 재료는 단열 건물에 이상적으로 적합하지 않다.

"적외선 온도 조절기": 미국 연구팀이 새로운 전기변색 물질을 개발했다. 이 물질은 다양한 양의 적외선을 반사하거나 흡수하도록 자극될 수 있다.

시카고 대학의 Po-Chun Hsu가 이끄는 팀의 디자인은 적외선을 강하게 방출하는 구리 기반 수용액을 특징으로 한다. 이 액체는 금속 호일과 백금 나노입자로 코팅된 투명한 그래핀 시트 사이에 끼워져 있다.

그래핀 전극이 음전하를 띠게 되면 용액에서 구리 양이온을 끌어당겨 그래핀 위에 증착되어 얇고 단단한 필름을 형성한다. 이 상태에서 재료는 들어오는 적외선의 최대 90%를 흡수하여 "가열 모드"로 설정한다.

전극의 전하가 역전되면 증착된 구리가 그래핀에서 벗겨진다. 원래 상태로 돌아가면 액체 용액은 들어오는 적외선의 7%만 흡수하여 재료를 "냉각 모드"로 설정한다.

두 전극 사이의 전하 차이를 변화시킴으로써 Hsu의 팀은 침착된 구리층의 투명도를 신중하게 제어하여 흡수하는 적외선의 양을 미세 조정할 수 있었다.

전력 절약: 전극의 전하를 변경하는 데 약간의 전력이 필요하지만 추운 날씨에 재료가 흡수하거나 더운 날 반사되는 에너지의 작은 부분에 불과하다.

또한 이 팀의 디자인은 마모에 대한 복원력이 매우 뛰어나다. 2,5000주기의 구리 증착 및 박리 후에도 성능이 유지된다.

이러한 초기 실험은 몇 센티미터 크기의 재료 샘플만 조사했지만, Hsu와 그의 동료들은 가까운 미래에 그들의 디자인이 전체 건물을 덮을 수 있을 만큼 큰 시트로 바둑판식으로 배열될 수 있기를 희망한다. 그들은 그러한 고도로 조정 가능한 단열재가 미국 건물의 냉난방 시스템에서 연간 소비되는 모든 에너지의 약 8.4%를 절약할 수 있다고 계산한다.

그들의 디자인이 미래에 상업적으로 출시된다면 팀은 현재 건물 관행에 큰 격변을 요구하지 않으며 단열이 잘 안된 건물에도 개조할 수 있다고 제안한다. 투명한 플라스틱 필름으로 감싸면 타일은 적외선 파장에 보이지 않는 페인트 또는 기타 재료로 코팅되어 건물의 미관을 손상시키지 않고 난방 및 냉방 성능을 유지할 수 있다.

변화하는 기후에서의 단열: 추가 개선을 통해 Hsu 팀은 궁극적으로 그들의 혁신이 기후 과학자들이 향후 수십 년 동안 예측하는 극심한 온도 변화로부터 우리를 보호하는 데 도움이 될 수 있기를 희망한다.

활성 난방 및 공조 시스템의 부담을 일부 덜어줌으로써 이 기술은 곧 지구 난방에 더 이상 기여하지 않으면서 실내 공간을 안전하고 편안한 온도로 유지하는 데 기여할 수 있다.