나무, 건물, 물, 심지어 인간을 포함한 모든 물체들은 적외선으로 열을 방출한다. 다만 각 물질들은 각기 다른 양의 적외선 열을 방출한다. 이러한 차이는 물질들의 적외선 흡수 능력, 즉 흡수율에 따라 달라지는데, 적외선 열을 잘 흡수할수록 그 물질은 적외선 열을 더 잘 방출한다.

예를 들어, 일반적으로 흰색 종이는 적외선 열을 잘 흡수하는데, 그 반대인 배출 또한 그렇다. 반면, 금속은 흡수율과 배출율이 모두 나쁘다.

적외선 파장 범위 내에서 빛을 투과시키는 대기의 능력 덕분에, 온도가 약 -270도인 우주 공간 내 추위는 지구에 존재하는 물질들에서 발생하는 열을 제거하는 데 사용될 수 있다.

이러한 온도 차이로 인한 결과로, 외부로의 순 이동이 발생할 수 있는 것이다. 따라서 물질들은 수동 복사 냉각의 통해 주변 온도보다 더 낮은 온도를 얻을 수 있는 것이다.

이러한 과학에 근거하여, 최근 스웨덴의 린셰핑 대학교(Linköping University) 연구팀은 수동 복사 냉각을 통해 열을 방출하는 정도를 전기적으로 조정함으로써 온도를 조절할 수 있음을 증명해냈다.

이 개념은 ‘셀 리포츠 피지컬 사이언스(Cell Reports Physical Science)’ 저널에 발표되었는데, 전도성 폴리머를 사용하여 물체의 방사율(emissivity)을 전기화학적으로 조정하는 것이다.

이러한 접근 방식이 증명됨으로써, 이제 물질과 장비를 더 진일보하게 개발할 수 있는 가능성이 열렸다. 연구팀은 장기적으로 태양 전지와 같이 지붕에 설치할 수 있는 수동 복사 냉각 시스템을 구상하고 있다. 즉, 이러한 시스템을 통해 집에서 발생하는 적외선 열복사를 제어, 필요할 때는 냉각을 유도하는 것이다.

이 기술은 에너지 소비를 극단적으로 줄여줄 뿐만 아니라, 오염 발생 또한 최소화한다. 이밖에 다른 응용들도 가능하다. 예를 들어, 에너지 소비를 줄이면서 안락한 내부 온도를 제공하도록 설계된 벽지, 온도를 조절할 수 있는 의류 등이 그것이다.

- CELL REPORTS PHYSICAL SCIENCE, February 15, 2023, Vol.4, Iss. 2, “Electrical Tuning of Radiative Cooling at Ambient Conditions,” by Debashree Banerjee, et al.© 2023 Elsevier B.V. All rights reserved.

All objects emit heat as infrared light including trees, buildings, water and even humans. Different types of materials emit different amounts of infrared heat. This variation depends on the ability of the material to absorb infrared radiation; the better it is at absorbing infrared heat, the better the material is at emitting the heat.

For example, ordinary white writing paper is good at absorbing infrared heat and, consequently, at emitting it. By contrast, metals are bad at both.

Due to the atmosphere’s ability to transmit light in the infrared wavelength range, coldness in outer space, where the temperature is about -270 degrees Celsius, can be used to remove heat from objects on earth.

As a result of the temperature difference, there can be a net transport out. An object can therefore get a lower temperature than the ambient temperature with the help of passive radiative cooling.

Researchers at Sweden’s Linköping University have now shown that the temperature of a device can be regulated by electrically tuning the extent to which it emits heat through passive radiative cooling.

The concept, described in in the journal Cell Reports Physical Science, uses a conducting polymer to electrochemically tune the emissivity of the device.

Now that this approach has been proven, there is potential to further develop both materials and devices. In the long term, the researchers envision passive radiative cooling systems that can be laid on a roof, much like solar cells, thus controlling the infrared thermal radiation from the house and cooling it when needed.

This technology requires extremely little energy consumption and causes minimal pollution. Other areas of application may include tunable clothing and wallpaper designed to improve thermal comfort indoors, while lowering energy consumption.