[IF] [사이언스 샷] 공기만큼 무게 가볍고 1400도에서도 끄떡없어

입력 2019.02.21 03:09

美 연구진, 초경량 단열 소재 개발

초경량 단열 소재 사진
/UCLA
꽃잎에 얼음 덩어리 같은 물체가 앉았지만 수술의 모양이 그대로이다〈사진〉. 그만큼 가볍다. 하지만 1000도가 넘는 불꽃을 이겨낼 정도로 강력한 열 차단 능력을 자랑한다.

미국 로스앤젤레스 캘리포니아대(UCLA)의 시앙펭 두안 교수와 중국 하얼빈공대의 후이 리 교수가 이끈 국제 공동 연구진은 지난 15일 국제 학술지 '사이언스'에 "99% 공기로 이뤄진 에어로겔 재질의 초경량 단열 소재를 개발했다"고 발표했다. 새 단열재는 꽃에도 올려놓을 수 있을 정도로 가볍지만 1000도가 넘는 온도 변화도 너끈히 견딜 수 있다. 연구진은 우주선에 적용하면 지구로 귀환할 때 대기권과의 마찰로 발생하는 엄청난 열을 견뎌낼 수 있다고 기대했다.

에어로겔(aerogel)은 공기를 의미하는 '에어로(aero)'와 3차원 네트워크 구조를 의미하는 '겔(gel)'의 합성어다. 곳곳에 구멍이 나 있어 매우 가볍고 단열성이 우수한 차세대 소재로 주목받고 있다. 2002년 미국 시사 주간지 타임이 '올해의 발명품'으로 선정했다.

실험 결과 새로운 에어로겔은 1주일간 섭씨 1400도의 온도를 가해도 문제가 없었다. 아래쪽에서 500도의 화염을 가해도 위에 얹은 꽃잎에 아무런 손상이 가지 않았다. 에어로겔의 기본 구조는 세라믹 소재인 육각형의 질화붕소 분자가 벌집처럼 연결된 박막이다. 두안 교수는 "질화붕소 박막 사이에 공기가 들어 있는 형태"라며 "겨울에 이중 창이 단열 효과를 내듯 공기를 품은 이중 층 구조가 열전달을 막는다"고 설명했다.

기존 세라믹 에어로겔은 단열 효과가 우수해도 갑작스러운 온도 변화가 일어나면 부서지기 쉬웠지만 이번은 달랐다. 섭씨 영하 198도에서 영상 900도까지 1000도 넘게 급격한 온도 변화를 일으켜도 끄떡없었다. 이런 과정을 500번이나 반복해도 견뎌냈다.

비결은 스트레스를 받으면 안으로 뭉치는 능력에 있었다. 다른 세라믹은 열을 가하면 팽창하지만 새 에어로겔은 수축했다. 또한 다른 물체는 누르면 중심부가 밖으로 삐져 나가지만 새 에어로겔은 중심이 오히려 안쪽으로 이동한다고 연구진은 설명했다. 덕분에 스트레스를 더 잘 견뎌낼 수 있다는 것이다. 기존 세라믹은 원래 부피의 20%까지만 압축할 수 있지만 새 에어로겔은 5%까지 줄어들었다가도 다시 원래 상태로 회복된다고 연구진은 밝혔다.



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