공기 중에서 수동적으로 물을 추출할 수 있는 신소재 개발

• 펜실베이니아 대학교 연구팀이 외부 에너지 없이 수동적으로 공기 중의 물을 추출할 수 있는 신개념 소재를 발견함
• 이 소재는 친수성 나노기공과 소수성 중합체가 독특하게 결합된 구조로, 기공 내에서 공기 중 수분을 포획하고 표면으로 방출 가능함
• 캡릴러 응축 현상을 효과적으로 활용하여 낮은 습도에서도 작동하며, 기존 소재 대비 물이 기공 내에 머물지 않고 표면까지 전달되는 점이 특징임
• 제작 방법이 비교적 간단하고 상업적으로 확장 가능한 공정으로 적용될 수 있어, 건조 지역의 수확 장치나 전자기기 냉각 등에 활용 가능성 높음
• 앞으로 친수성과 소수성의 비율 최적화와 실제 응용을 위한 규모 확대 연구가 진행될 예정임

새로운 방식의 나노구조 소재 발견

펜실베이니아 대학교의 화학공학 연구진은 실험 중 우연한 관찰을 통해 외부 에너지 없이 공기 중 수증기를 포집해 표면에 물방울로 방출하는 신개념 나노구조 소재를 발견했음
이 연구는 다양한 분야의 전문가들이 협력하여 진행되었으며, 해당 소재는 건조 지역의 수분 수확이나 전자기기 냉각 등 다양한 응용에 새로운 분야를 열 수 있을 것으로 기대됨

발견 과정을 통한 원리 규명

• 연구 초기에는 표면에 맺힌 물방울 현상이 실험장비의 온도 편차 등 외부 요인 때문이라고 추정했으나, 소재의 두께를 늘릴수록 표면에 형성되는 물의 양도 함께 증가함을 확인함
• 이를 통해 기존 나노기공 소재와 다르게, 막 내부에서 응축된 물이 표면까지 이동해 물방울로 나타난다는 특성을 규명함

나노기공의 작동 방식

• 전통적인 물 수확은 낮은 온도나 높은 습도가 필요하거나, 표면을 냉각시키는 외부 에너지 투입이 요구됨
• 그러나 이 신소재는 캡릴러 응축 덕분에 낮은 습도에서도 나노기공 내부에 수증기가 응축됨
• 더 나아가 응축된 수분이 기공에 갇히지 않고 표면으로 이동하여 물방울로 방출됨
• 방울의 곡률과 크기에 비해 증발 속도가 극히 낮아 오랜 시간 안정적으로 표면에 머물 수 있는 점도 기존 이론을 뛰어넘는 현상임

기초 원리에 대한 검증과 고유 특성

• 막의 두께와 표면 물방울 양의 상관관계를 확인하며, 관찰 현상이 표면 응축이 아니라 기공 내부의 저장수와 관련됨을 증명
• 외부 협력연구진도 동 현상을 재현하며 이 특별한 나노구조 소재의 가능성에 주목함

균형 잡힌 소재 조합과 응용 전망

• 친수성 나노입자와 소수성 폴리에틸렌의 정확한 혼합 비율 설정이 매우 중요한 역할을 함
• 기공 내 숨겨진 저장소와 표면 물방울이 연결되어 있어, 공기 중 수분을 지속적으로 포집(재생 피드백 루프)을 형성
• 이 소재는 일반적인 중합체와 나노입자를 사용해 대량 양산도 용이함
• 직접적으로 건조 지역의 수분 수확, 전자기기-건물 냉각용 표면, 습도에 따라 반응하는 코팅재 등 다양한 산업적 응용 가능성 존재

향후 연구 방향과 기대 효과

• 아직 작동 메커니즘의 세부 규명과 친수/소수성 비율의 최적화, 대규모 실사용 적용, 수확된 물방울 표면 탈착 등 추가 연구 과제가 있음
• 연구팀은 생물학적 시스템에서 물을 효율적으로 관리하는 수단 등을 참조하여 소재 설계에 반영하고 있음
• 장기적으로는 건조 지역의 깨끗한 물 공급 또는 물 증발만으로 작동하는 친환경 냉방 기술 개발로 이어질 전망임

연구 지원

• 이 연구는 미국 국립과학재단(NSF)과 에너지부, Alfred P. Sloan 연구재단 등 여러 기관의 지원을 받으며 진행됨