추우면 보온 기능을 발휘하고, 더우면 냉각 기능이 되는 쌍방향 특수섬유가 개발됐다. 더위 또는 추위에 대처하는 기능성 섬유는 다양하게 개발됐지만, 상반된 두 기능을 함께 갖춘 섬유는 최초다.

미국 메릴랜드대학(UMD) 화학·생화학 담당 왕위황 교수가 이끄는 연구팀은 적외선 방사(infrared radiation·열)가 통과하는 양을 조절해 냉각과 보온 기능을 모두 수행할 수 있는 섬유를 개발하고, 관련 논문을 국제 과학저널 ‘사이언스(Science)’를 통해 밝혔다.

우리 몸은 7~14 마이크로미터 파장의 중적외선 형태로 열을 내보낸다.

연구팀은 방수와 흡수 성질을 각각 가진 두 종류의 합성물질로 실을 뽑아낸 뒤, 초경량 도체성 금속인 ‘탄소 나노튜브’를 입혀 특수 섬유를 만들었다.

이 섬유는 방수와 흡수 물질을 모두 갖고 있어 덥고 습한 환경에서는 뒤틀리게 되고, 이 뒤틀림으로 인해 실 가닥을 더 밀착시켜 섬유의 기공을 연다. 특히 실을 덮고 있는 탄소나노튜브 간 전자기 결합을 조절해 열이 빠져나가게 함으로써 냉각 효과가 발휘된다.

춥고 건조할 때에는 반대로 열이 빠져나가는 것을 차단해 체온을 유지하게 한다.

연구팀은 이를 적외선 방사에 대한 ‘게이팅(gating)’이라고 표현했다.

이 특수섬유가 몸에서 나는 열과 상호작용을 하며 열을 옷 밖으로 내보내거나 차단하는데, 인간이 덥거나 춥다고 느끼기 전에 거의 즉각적으로 반응해 기능을 조절하는 것으로 연구팀은 설명했다.

왕 교수는 “몸에서 방출하는 적외선을 35% 이상 제어하는 데 성공했다”면서 “적외선 방사를 역동적으로 게이팅할 수 있는 최초의 기술”이라고 밝혔다.

논문의 교신저자인 같은 대학 물리학과 어우양민 교수는 “인체는 완벽한 라디에이터로 열을 즉각적으로 발산한다”면서 “역사적으로 이 라디에이터를 조절하는 유일한 길은 옷을 벗거나 입는 것이었지만 이 섬유는 양방향으로 조절할 수 있다”고 설명했다.

이를 상업화하는 데 더 연구가 필요하지만, 기본섬유에 사용한 물질은 이미 쉽게 구할 수 있고, 탄소나노튜브 코팅도 일반적인 염색 과정을 통해 쉽게 처리할 수 있어 큰 문제가 없는 것으로 전해졌다.

신진호 기자 sayho@seoul.co.kr