신소재: 신형 섬유소기 태양열 광열 전환 재료

펄프 거품은 값싸고 친환경적인 신형 다공성 재료이다.이는 펄프섬유를 원료로 하여 표면활성제를 리용하여 펄프섬유분산액에서 상온상압공기에 거품을 일으키는 동시에 거품은 섬유액이 서로 엉키거나 건조하여 붕괴되는것을 막을수 있어 균일한 다공구조를 형성하고 물을 거르고 건조한후 거품재료를 제조할수 있다.과학자들은 전기에 붕소이온의 교련과 적당량의 천연중합물의 도입을 빌어 기능성맞춤화가공을 실현할수 있는 신형의 펄프거품재료 (Chem. Eng. J., 2019, 371, 34-42; Carbohydr. Polym., 2022, 278, 118963) 를 개발하여 신형의 록색포장, 건축, 보온단열과 흡음 등 분야에서 응용전망이 아주 밝다. 

 

펄프 거품 재료의 내수성을 더욱 높이기 위해 연구원들은 천연고무를 교련제로 도입하여 간단한 표면 탄화 공정으로 탄화된 펄프 거품 재료 (CPNR) 에 우수한 광열 전환 효과를 부여했다.CPNR은 상단의 광열 변환층과 하단의 펄프 거품층으로 구성되며 인터페이스 접착이나 변성 처리가 필요 없다.상단 광열 변환층은 입사된 태양광을 흡수하고 광열 변환 작용을 통해 열로 전환시켜 수분 증발을 구동하는 우수한 광흡수력(93.2%)을 가지고 있다.아래쪽의 펄프 거품층은 수분을 아래쪽에서 전도하여 위쪽의 광열 전환층으로 운송할 수 있다.아울러 CPNR의 다공성 구조, 저열전도성(0.1W mK-1), 풍부한 히드록시 구조로 우수한 단열 및 흡수성능(9.9g g-1)을 갖췄다.본 연구에서 제조한 CPNR은 태양 빛의 강도를 시뮬레이션한 결과 물의 증발 속도와 효율이 각각 1.6kgm-2h-1과 98.1%에 달했다.또한 CPNR은 염분 자체 청결 및 염분 축적을 방지하는 우수한 성능을 가지고 있으며 광범위한 섬유소 및 간단한 표면 탄화 공정을 사용하여 기존의 광열 전환 재료보다 비용 효율적입니다.시뮬레이션 실험에서 신형 섬유소 기반 광열 전환 재료가 수증기로 사용될 수 있다는 것이 확인되었으며, 해수 담수화, 소금/금속 이온 농축 및 오수 처리 등의 분야에 사용될 것으로 기대된다. 

 

최근 관련 연구 성과는'미국화학회-응용재료와 인터페이스'(ACS Appl. Mater. Inter)에 발표됐다.연구사업은 국가자연과학기금, 산동성자연과학걸출청년기금, 산동에너지연구원과 청도시 등의 지지를 받았다.이 사업은 청도에너지소와 카나다호수대학이 공동으로 완성했다.