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Dec 01, 2023

나노결정 '도장' 필름은 언젠가 여름 더위를 완화하는 데 도움이 될 수 있습니다.

공작새 깃털은 유색 색소가 아닌 밝은 파란색과 녹색을 띠고 있습니다.

공작새 깃털의 밝은 파란색과 녹색은 착색된 색소가 아니라 빛을 굴절하고 반사하는 미세한 구조에서 나옵니다. 얇은 나노결정 필름은 유사한 전략을 사용하여 햇빛에 따뜻해지지 않고 생생한 색상을 보여줍니다.

sarayut Thaneerat/Moment/Getty 이미지 플러스

케이티 그레이스 카펜터

2023년 6월 7일 오전 6시 30분

여름이 더워지면 선명한 색상의 나노결정 코팅 덕분에 미래의 주택은 더위를 식힐 수 있습니다.

페인트와 같은 일반 코팅은 햇빛에 뜨거워집니다. 새로운 크리스탈 필름은 햇빛에 노출되면 주변 공기보다 시원해집니다. 그들은 태양 광선을 반사하고 그 열을 우주 공간으로 방출함으로써 이를 수행합니다.

이러한 코팅은 자동차, 집, 사무실의 온도를 시원하게 유지하는 지속 가능한 방법을 제공할 수 있습니다. 전력이 필요하지 않습니다. 이는 많은 에너지를 소비하고 지구 온난화를 가중시키는 가스를 누출할 수 있는 에어컨보다 큰 발전이 될 것입니다.

Qingchen Shen과 그의 동료들은 새로운 코팅을 다양하게 선택하여 만들었습니다. Shen은 영국 캠브리지 대학교에서 재료 과학을 전공합니다. 그의 팀은 3월 26일 미국화학회(ACS) 봄 회의에서 연구 결과를 공유했습니다. 인디애나주 인디애나폴리스에서 일어났습니다.

주변보다 차가워지는 표면은 특이합니다.

그 이유는 뜨거운 물체가 눈에 보이지 않는 적외선을 통해 열을 발산하기 때문입니다. 그들은 열을 주변 공기로 전달합니다. 물체와 공기가 동일한 온도에 도달하면 이동이 중지됩니다. 그래서 냉각이 멈춥니다.

이는 예를 들어 햇빛에 데워진 자동차 후드가 자동차 내부와 외부의 공기를 따뜻하게 하는 열을 방출하는 이유를 설명합니다.

그러나 적외선의 특정 파장은 공기에 흡수되지 않습니다. 그들은 대기권을 벗어나 우주로 나갈 수 있습니다. 새로운 필름은 이러한 파장에서 열을 방출합니다. 따라서 주변 공기를 따뜻하게 하지 않고도 열을 발산할 수 있으며 햇빛을 받을 때에도 주변 공기보다 시원해질 수 있습니다.

이 냉각 방법은 수동 주간 복사 냉각이라는 긴 이름을 가지고 있습니다. Shen의 팀은 프로세스를 발명하지 않았습니다. 다른 재료도 그렇게 합니다. 그러나 일반적으로 절충안이 있습니다. 지금까지는 흰색 또는 거울 표면만 이 작업을 수행했습니다. 이러한 표면은 많은 빛을 반사하여 빛이 표면을 가열하는 것을 방지합니다.

이제 Shen의 팀은 다채로운 수동 냉각 표면을 만드는 방법을 알아냈습니다. "우리는 빨간색, 녹색, 파란색을 생산할 수 있습니다"라고 Shen은 말합니다. 하지만 그가 정말 자랑스러워하는 것은 다양한 질감이다. 그들은 반짝이는 무지개 빛깔의 필름부터 차분한 천연 나뭇결까지 모든 것을 창조했습니다.

새로운 필름은 페인트와 옷에 색상을 부여하는 안료로부터 색상을 얻지 않습니다. 이러한 화학 물질은 우리가 보는 빛의 색상만 반사하고 나머지는 흡수하는 방식으로 작동합니다. 흡수된 빛은 재료를 가열합니다.

Silvia Vignolini는 "검은색 티셔츠를 입으면 흰색 티셔츠를 입는 것보다 더 따뜻해진다"고 설명합니다. 그녀는 케임브리지 대학의 화학자로 새 영화 작업에도 참여했습니다.

이러한 필름이 안료로부터 색상을 얻는다면 "일부 햇빛을 흡수한 다음 가열될 것"이라고 Shen은 말합니다. 그것은 "냉각을 방해"할 것입니다.

대신 필름의 색상은 미세한 구조에서 비롯됩니다. 이를 구조적 색상이라고 합니다. 필름 표면의 작은 패턴은 빛을 흡수하지 않습니다. 대신, 빛의 파장이 특정한 방식으로 반사되어 특정 색상만 우리 눈에 도달합니다. 미세 구조 패턴을 변경하면 우리가 보는 색상이 변경됩니다.

구조적 색상은 자연에서 일반적입니다. 비눗방울의 무지개 빛은 구조적 색상에서 비롯됩니다. 공작의 생기 넘치는 깃털이 또 다른 예입니다. 일부 개코원숭이의 밝은 얼굴도 마찬가지라고 Vignolini는 말합니다. 그들의 시원한 파란색 패치는 콜라겐이라는 작은 단백질 구슬에서 나옵니다.

새로운 필름의 색상은 작은 셀룰로오스 결정에서 나옵니다. 그들은 식물 섬유로 만들어집니다. 셀룰로오스는 단지 풍부하고 친환경적일 뿐만이 아닙니다. 또한 대기를 빠져나갈 수 있는 적외선 파장으로 열을 방출합니다.

필름에는 두 개의 레이어가 있습니다. 맨 위의 것은 색상을 제공하는 결정화된 셀룰로오스입니다. 다른 크리스탈 패턴은 다른 색상을 생성합니다. 다른 형태의 셀룰로오스인 에틸 셀룰로오스가 바닥층을 구성합니다. 이 층은 움푹 패여 있으며 최상층을 통해 새는 모든 빛을 산란시킵니다.