면 의류는 부드럽고 따뜻하지만 스포츠 현장에서는 기피되는 경우가 많습니다. 그 이유는 면섬유가 수분을 쉽게 흡수하고 가둬두기 때문입니다. 옷이 젖으면 신체의 열 방출이 가속화됩니다. 최근 중국과학원 연구팀은 면처럼 푹신하고 편안하면서도 효과적으로 수분을 차단하고 '축열-방열'이라는 지능형 조정 기능을 달성하는 새로운 합성 섬유 에어로겔 소재를 개발했습니다.
이 연구는 Zhang Shihui, Zhang Zhihua, Shi Quan 및 중국과학원의 다른 팀에 의해 완료되었습니다. 그들은 '상변화 섬유 에어로겔'(PCFA)이라는 가볍고 유연한 소재를 준비했습니다. 이 소재는 소수성(발수성) 고분자 섬유로 구성되어 있으며, 동시에 마이크로캡슐 형태의 상변화 탄화수소 물질이 섬유 내부에 고르게 분포되어 있습니다. 솜뭉치처럼 푹신한 형태로 가공할 수도 있고, 평평한 천 시트로 가공할 수도 있습니다.
낮은 온도 환경에서 이러한 상변화 탄화수소 분자의 구조는 섬유를 서로 더 가깝게 만들고 단단히 결합하여 열을 "잠그고" 열 저장 효과를 얻습니다. 온도가 약 섭씨 26.2도의 전이점까지 상승하면 상변화 탄화수소의 구조가 변하고 섬유 골격이 열리고 원래 저장된 열이 방출되어 인체 주변 미세 환경의 온도를 동적으로 조절합니다.
실험에서 연구진은 약 15cm x 20cm 크기의 소재 샘플을 사용해 동일한 크기의 면직물 샘플과 성능 비교를 진행했다. 결과는 습도가 높은 환경에서 신소재 샘플은 수증기나 물방울을 거의 흡수하지 않는 반면, 면직물 샘플은 수분을 상당히 흡수한다는 것을 보여줍니다. 고온 및 저온 변환 조건에서 PCFA 재료는 설계 기대에 따라 주변 온도에 따라 열 저장 상태와 열 방출 상태 간에 전환할 수 있습니다.
연구팀은 또 한 손에는 PCFA 원단을, 다른 한 손에는 같은 두께의 면 원단을 감싸 영하 25도의 저온 환경에 두어 비교를 위해 실제 착용을 모의하는 보온성 테스트도 진행했다. 실험 결과에 따르면 이렇게 극한의 추운 환경에서 PCFA 소재로 감싼 손은 일반 면직물로 감싼 손보다 훨씬 따뜻해 신소재의 뛰어난 보온 성능을 입증했습니다.
내구성 측면에서 연구진은 소재에 대해 여러 번의 세탁 테스트를 실시했습니다. 20번의 세탁 후, 새로운 소재는 섬유질의 이탈이 거의 발생하지 않았으며 원래의 보송보송한 외관을 그대로 유지했습니다. 더 중요한 것은 단열 성능이 약간만 약화되고 여전히 "열 잠금" 능력의 약 97%를 유지하여 일상적인 사용 및 청소 조건에서 재료의 안정성이 우수하다는 것을 나타냅니다.
실험에서는 또한 이 상변화 섬유 에어로겔이 우수한 유연성을 가지며 지속적으로 구부러지는 손가락에 감았을 때 눈에 띄는 균열이나 파손 없이 구조적 무결성을 유지할 수 있음을 보여줍니다. 이러한 특성은 향후 의류나 장갑 등 웨어러블 제품에 활용될 경우 인체의 잦은 움직임에도 쉽게 손상되지 않고 적응할 수 있다는 뜻이다.
연구팀은 추가적인 최적화와 엔지니어링 개발을 통해 이 새로운 유형의 푹신한 합성 섬유 소재가 극한의 환경에서 아웃도어 의류, 장갑 및 기타 따뜻한 장비에 사용될 것으로 예상되며 추운 지역 및 야외 스포츠 작업을 위한 편안함, 습기 저항성 및 따뜻함을 결합한 새로운 직물 선택을 제공할 것이라고 밝혔습니다. 관련 결과는 ACS Energy Letters 저널에 게재되었으며, 연구 진행 상황은 American Chemical Society에서 발표되었습니다.