[데일리포스트=김정은 기자] 때 이른 더위가 기승을 부리면서 지난 5월 24일 서울은 33도까지 오르며 올해 첫 폭염 특보가 발효됐다. 5월부터 가정에서 에어컨을 사용하자니 전기세 걱정에 에어컨 가동을 망설이게 된다. 이럴 때 안성맞춤인 패치 형태의 개인용 에어컨이 개발됐다.
열전 시스템은 반도체를 통해 장치 한쪽에서 다른 쪽으로 열을 보내 저온영역과 고온영역을 만들 수 있다. 이 시스템을 이용하면 간단히 온도 조절이 가능한 소형 냉각장치를 만들 수 있지만 효율적으로 열을 방출시키는 것이 쉽지 않았다.
캘리포니아 대학교 샌디에이고 캠퍼스(UCSD) 렌컨 첸(Renkun Chen)과 셍 쉬(Sheng Xu) 연구팀은 신축성이 있는 2개의 폴리머 시트 사이에 복수의 반도체 재료를 삽입해, 열전 시스템 기반의 간단하게 온도 조절이 가능한 소형 냉각 장치(이하 TED)를 만들어내는 데 성공했다.
연구팀에 따르면 TED는 피부 온도를 10도 이상 냉각시키는 효과가 있다. 이번 연구 성과는 국제학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)' 5월 17일자에 게재됐다.
연구팀이 개발한 열전 시트가 아래 B 이미지이며 크기는 5cm×5cm 정도다. 가운데 시트 내부 구조를 보면, 흰색 부분이 신축성 폴리머 시트이고 안쪽 갈색 부분이 유연한 구리 전극이다. 또 <TE pillars>라고 적혀있는 것이 열전 기둥이다.
A 이미지처럼 내부에 열전 시트를 부착해 냉각조끼(Cooling vest)와 냉각밴드(Cooling band)로 활용할 수 있다. 시트 두께는 약 5mm~1cm 정도다.
신축성 폴리머 시트는 한쪽이 과열 시트, 나머지 한쪽이 냉각시트로 작동한다. 각 시트는 절연상태이며 과열시트는 열을, 냉각시트는 냉기를 공기 중에 확산시키는 역할을 한다.
아래 B 이미지는 TED가 ON과 OFF일 때 주위온도와 피부온도를 나타낸 그래프다. TED가 ON일 때는 체온이 일정 온도(32도)로 유지되는 것을 확인할 수 있다.
C는 TED가 ON인 상태에서 촬영한 열화상 이미지(thermal image)로 TED 부분이 42도 정도로 따뜻하게 유지되고 있다. 반대로 D는 TED로 피부를 냉각시켰을 때의 열화상 이미지다. TED 부분의 온도가 다른 곳에 비해 낮다.
E 이미지는 TED의 ON/OFF 상태에서 주위 온도와 피부 온도를 측정한 것. 밖이 추우면 따뜻하게 더우면 시원하게 해주고 있음을 알 수 있다.
연구팀은 “우리가 개발한 TED로 에너지 수요를 20% 정도 절감할 수 있다. 사람들이 야외에서 보다 쾌적하게 생활하는데 도움이 될 수 있기를 기대하고 있다”고 밝혔다.