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[2021 겨울호] 4-신소재공학과가 본 겨울나기

  • 황예원
  • 2022-02-25 07:00:19

2021 WINTER 공대생이 보는 세상 4

신소재공학과가 본 겨울나기
Dept. of Materials Science & Engineering





와, 집에 들어오니까 살 거 같다

역시… 겨울에 밖에 나가면 너무 춥단 말이지. 그런데 조금 신기하지 않아? 벽 하나만 사이에 두었을 뿐인데, 어떻게 실내는 바깥 기온보다 훨씬 높은 온도를 유지할 수 있는 걸까?

효율적인 단열재, 에어로젤

그건 건물에 단열재가 쓰이기 때문이야. 정말 다양한 소재들이 단열재로 사용되지만, 그중에서도 주목받고 있는 소재가 있지. 바로 에어로젤!
그림1. 에어로젤의 낮은 열전도도
에어로젤 Aerogel은 사람이 만든 고체 중에서 가장 가벼워. 게다가 단열 효과까지 뛰어난데, 그 이유를 확인하기 위해서는 이 소재의 구성을 알아봐야 해. 에어로젤은 고체이지만 공기가 99.8%를 차지하고 있고 나머지 0.2%는 실리콘, 탄소, 산화알루미늄 등의 다양한 물질이 차지하고 있어. 공기층은 다른 물질에 비해서 열전도도가 낮다는 사실, 알고 있어? 패딩이 따뜻한 이유도 이와 연관되어 있어. 그럼 당연히 99%가 넘게 공기로 채워진 에어로젤도 좋은 단열재가 되겠지?

에어로젤 제조 원리

그나저나 이 독특한 소재는 어떻게 만드는 걸까? 에어로젤은 초임계 건조법의 원리를 사용해 제조돼. 가장 먼저, 액체 형태의 알콕사이드 Alkoxide 혼합원료와 알코올, 첨가제 등을 섞으면 묵과 유사한 알코젤을 얻을 수 있어. 그다음에 고온. 고압 상태에서 건조 용기에 넣은 알코젤에 초임계 이산화탄소를 가해주면 알코올의 자리에 초임계 유체가 들어가게 되지. 원래 고체에 묻어 있던 액체가 기체로 변하게 되면 표면장력의 차이가 발생하면서 부피가 변하고 제품이 손상되기 마련인데, 초임계 이산화탄소는 표면장력이 0에 매우 가까워서 이를 흘려줌으로써 부피 변화를 없앨 수 있어. 제품이 손상되는 것을 막아주는 거지! 이렇게 알코올의 자리가 초임계 이산화탄소로 대체된 다음에는 상온. 상압 상태에서 알코젤을 꺼내고, 자연스럽게 초임계 이산화탄소 자리에 대기 중의 공기가 들어가면서 에어로젤을 얻을 수 있어!
그림2. 에어로젤 초임계 건조법


남은 겨울은 에어로젤 같은 단열재 덕분에 따뜻한 우리 집에 콕 박혀서 보내야겠다. 요즘 날씨가 추운데 너희도 감기 조심하길 바라! 안녕~


에어로젤 특징 더 알아보기
영상 'How Its Made Aerogel' 보러가기

ALIMI 27기 무은재학부 황예원

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