공기를 품은 차세대 신소재, ‘에어로젤’

안녕하세요, 한화토탈 블로그 지기입니다. 오늘은 고체이면서, 기체가 대부분인 물질에 대해 소개하려고 하는데요. 바로, 공기를 품어 투명한 모양의 고체인 에어로젤(aerogel)입니다! 마치 희뿌연 연기가 얼어붙은 모습처럼 보여 ‘얼어붙은 연기(frozen smoke)’, ‘딱딱한 연기(solid smoke)’라는 별명도 있는데요. 에어로젤은 우주나 화재 현장처럼 춥고 뜨거운 특수한 환경을 견딜 수 있는 소재입니다.

 

 

오늘은 고체이자 동시에 99.8%는 기체인 물질이면서, 차세대 단열재로 알려진 에어로젤에 대해 알아볼까요?

 

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세상에서 제일 가벼운 고체, 에어로젤

 

사진=NASA/JPL-Caltech 제공

 

에어로젤(Aerogel)은 우리가 흔히 알고 있는 물질인 젤(gel)과 형태는 같은데요. 내부가 액체가 아닌, 기체로 채워져 있는 형태의 고체 물질입니다. 반투명의 형태인 에어로젤 고체는 만져보면 스티로폼과 비슷한 느낌이라고 합니다. 1931년 최초로 만들어졌죠.

 

 

에어로젤은 열, 전기, 충격에 강하고 방음과 단열이 뛰어난 소재입니다. 또 내부가 기체이기 때문에 기존 재료보다 무게가 10분의 1밖에 안 되죠. 가볍고 강하기 때문에 극한 환경을 견뎌야 하는 특수복 소재로 많이 쓰이는데요. 불을 견디는 방화복, 추위를 견디는 방한복, 우주복 등 활용 분야가 다양합니다. 배드민턴을 즐기는 분들이라면 에어로젤이 배드민턴 라켓 소재로도 쓰인다는 사실도 알고 계실 거예요.

 

 

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에어로젤과 함께하는 미래, 화성 거주도 가능?

 

 

열에도 강하고, 단열 효과도 뛰어난 에어로젤! 우주복이나 방화복 등에 사용되고 있는 소재인데요. 미국 하버드대학과 제트추진연구소(JPL) 과학자들이 2019년 에어로젤을 활용할 수 있는 재밌는 방법을 연구해 발표했습니다. 바로, 에어로젤을 이용해 화성에서 살 수 있는 작은 섬을 만들 수 있을 거라고 하네요!

 

 

연구에 따르면 에어로젤로 아주 큰 지붕을 만들어 씌워 화성의 추위와 자외선을 막을 수 있을 거라는데요. 화성에 불시착한 과학자의 생존기를 다룬 영화 <마스>가 떠오릅니다.

 

 

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실리카, 알루미늄, 탄소 등 다양한 물질로 만들 수 있는 에어로젤

 

에어로젤의 구조를 살펴보면, 나노기공형태를 이루고 있는데요. 이 나노 기공이 공기분자를 붙잡아둬서 앞서 말한 단열 효과 등을 띄게 된답니다. 에어로젤의 나노기공형태를 만드는 물질은 보통 실리카(SiO₂)인데요. 실리카 외에도 알루미늄(Al), 탄소(C)로도 에어로젤을 만들 수 있답니다.

 

 

1930년대 처음 만들어졌던 에어로젤은 깨지기 쉬워서 상업적으로 사용하기는 힘들었다고 하는데요. 2003년 한국인 공학자 이강필 박사가 미국에서 세운 기업 ‘아스펜 에어로젤’ 세계 최초로 실용화에 성공했다고 합니다. 에어로젤에 특수섬유를 더해, 쉽게 깨지지 않고 대량생산이 가능한 혁신적인 방법이죠.

 

 

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폐플라스틱이 에어로젤로 재탄생

 

 

2018년에는 싱가포르 국립대 연구팀이 PET 폐플라스틱을 에어로젤로 만드는 공정을 개발했는데요. 플라스틱이 어떻게 에어로젤이 될까요? 폐플라스틱을 연소 시켜 탄소만 남기는 탄소화 처리를 한 다음, 실리콘 소재를 코팅해 에어로젤로 만들 수 있다고 합니다!

 

이 공정을 거쳐 만들어진 에어로젤은 600℃ 이상의 열기에도 견딘다고 하는데요. 기존에 사용되던 내열 소재보다 10분의 1 수준으로 가벼워 소방관의 방화복 소재로 적합하다고 하네요. 또한 수많은 기공의 특성을 잘 활용하면 먼지와 유독물질을 걸러내는 필터로도 사용할 수 있어 활용도가 무궁무진할 것으로 기대됩니다.

 

 

 

오늘은 유망한 차세대 신소재이면서도 폐기물 재활용까지 가능한 에어로젤에 대해서 알아보았어요. 최근에는 폐의류나 폐타이어를 이용해서 에어로젤을 만드는 데도 성공했다고 하는데요, 앞으로도 폐기물들이 쓰레기로 남지 않고 고부가가치의 다양한 신소재로 태어나 우리의 미래를 더욱더 멋지게 바꿔줄 수 있기를 기대해 봅니다!

 

 

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