중국 학자들이 북극곰 털 생체 보온 소재 준비

저장대학교(Zhejiang University) 팀은 북극곰 털의 구조를 모방하여 에어로겔로 캡슐화된 초보온 인공 섬유를 준비했습니다. 이 소재는 따뜻하고 가벼우며 동시에 내구성이 뛰어납니다. 2023년 12월 22일, 이 성과와 관련된 논문이 국제학술지 '사이언스'에 게재됐다.

이 성과는 저장대학교 화학공학 및 생명공학부의 Bo Hao 교수와 저장대학교 고분자공학과의 Gao Weiwei 부교수 팀에 의해 완성되었습니다.

Bai Hao는 북극곰이 섭씨 영하 40도의 환경에 적응하기 위해 매우 따뜻한 털에 의존한다고 말했습니다. 그들은 북극곰의 털은 다량의 "정지된" 공기를 담고 있는 속이 빈 구조이며, 각 털에는 껍질이 있다는 것을 발견했습니다. 전자현미경으로 보면 이 껍질의 두께는 약 20마이크론으로 머리카락 지름의 거의 4분의 1에 해당합니다.

이 발견에 영감을 받아 연구팀은 새로운 유형의 "코어-쉘" 구조 섬유를 준비하는 데 거의 6년을 보냈습니다. 섬유의 중심은 고분자 에어로겔로 직경 약 10~30 마이크론의 긴 기공이 산재해 있습니다. 작은 구멍은 공기를 저장하는 "창고"처럼 같은 방향으로 배열됩니다. 섬유 표면에 TPU(열가소성 폴리우레탄 고무) 껍질이 있어 내부에 에어로겔을 감싸줍니다.

"'코어'는 초보온을 담당합니다. 섬유 내부의 작은 구멍의 방향과 크기를 조절함으로써 적외선을 '가두어' 열 손실을 방지할 것으로 기대됩니다. '쉘'은 강하고 튼튼함을 담당합니다. 내구성이 뛰어나고 섬유에 대한 우수한 기계적 지지력을 제공하여 내마모성, 신축성 및 세탁이 가능합니다."라고 Bohao는 말했습니다.

연구진은 보온 효과를 검증하기 위해 영하 20도의 항온 냉장 보관에서 초기 온도가 동일한 다운 재킷, 모직 스웨터, 면 스웨터, '북극곰 스웨터'의 보온 효과를 검증하려고 했다. 의류의 표면 온도가 적게 올라갈수록 인체에서 손실되는 열이 적어 의류의 보온 성능이 좋아집니다.

연구원들은 몇 분 간의 테스트 후에 면 스웨터의 표면 온도가 섭씨 10.8도까지 상승했고, 다운 재킷의 표면 온도가 섭씨 3.8도까지 상승한 것을 발견했습니다. 모직 스웨터 두께에 가깝고 다운 재킷 두께의 3분의 1~5분의 1에 불과한 '북극곰 스웨터'의 표면 온도는 섭씨 3.5도까지 올라가는 데 그친다.

"북극곰 털을 통해 우리는 자연이 어떻게 '핵심'과 '껍질'이 각자의 임무를 수행하도록 허용하는지 알 수 있습니다. 생체 공학 연구의 본질은 문제 해결 방법을 자연으로부터 배우는 것입니다." Bohao는 자연의 비밀을 밝히고, 새로운 지식을 발견하고 사람들의 삶을 개선하는 새로운 소재를 창조하는 것이 생체 공학 연구의 사명이며 팀이 수년 동안 지속해 온 추구이기도하다고 말했습니다.