꿈의 신소재로 불리는 ‘에어로겔’ 들어보셨나요?
에어로겔은 ‘공기’를 뜻하는 Aero 와 ‘3차원 입체 구조’를 뜻하는 Gel을 합성한 단어입니다.
이름에서 보이듯, ‘공기’처럼 가볍고 거의 투명해 보이는 에어로겔은 최대 99.8%의 공기와 이산화규소(SiO2)로 이루어져 있습니다. 이산화규소는 머리카락의 1만분의 1 굵기로, 사실상 공기로 이루어진 아주 가벼운 물질입니다. 그런데도 자기 무게의 2,000배를 견딜 수 있는 건 바로 실이 엉켜 있는 모양을 한 나노 구조 덕분입니다. 또한 이산화규소(SiO2)뿐만 아니라 알루미늄(AI), 탄소(C) 등 다양한 물질로도 에어로겔을 만들 수 있다고 합니다. 원재료를 젤 형태로 만들어 특수 건조 과정을 거치기만 하면 에어로겔이 만들어진다고 합니다. 에어로겔이 꿈의 신소재라고 불리며 주목받고 있는 이유는 이게 다가 아닙니다.
왜 차세대 신소재일까?
1. 무게가 가볍다.
에어로겔은 공기 밀도의 3배에 불과한 0.03g/㎠로 지구상에서 가장 가벼운 고체입니다.
2. 불에도 강하다.
에어로겔은 단열 능력이 뛰어나 에어로겔 아래에서 열을 가해도 윗부분에는 열이 전혀 전달되지 않아 1,000도가 넘는 열에도 형태에 큰 변화가 없습니다.
3. 물에도 젖지 않는다
에어로겔 가루는 내부에서 얇은 공기층을 생성해 물이 통과하는 것을 막아줍니다.
4. 폐플라스틱을 사용해서 만들 수 있다
에어로겔은 폐플라스틱 탄소화 처리 단계를 거친 후 남은 탄소에 실리콘 소재를 코팅해서 만들 수도 있습니다. 그뿐만 아니라 최근에는 폐의류나 폐타이어를 이용해서 에어로겔을 만드는 연구도 성공했다고 합니다. 이러한 과정을 통해 플라스틱을 재활용한다면 환경에도 도움이 될 것으로 보입니다.
이러한 특징으로 에어로겔은 화성 이주 프로젝트에 쓰일 가능성이 크다고 합니다. 때문에 ‘화성바라기’로 유명한 일론 머스크도 에어로겔을 주목하고 있다고 하네요. 화성 이주 프로젝트에 에어로겔이 쓰일 가능성이 큰 이유는 바로 뛰어난 단열 능력 덕분입니다. 에어로겔은 유리 무게의 750분의 1밖에 되지 않지만, 유리의 60~70배에 달하는 단열 능력이 있어서, 평균기온은 -62℃, 최저 기온은 -176℃ 를 유지하는 화성에 가려면 없어서는 안 될 중요한 소재입니다. 기공률이 높은 에어로겔은 빛을 충분히 투과시키기도 하지만 열전도율은 낮아 내부로 들어온 열이 밖으로 빠져나가지 않도록 도와줍니다. 게다가 단열성이 뛰어난 만큼 소리를 차단하는 방음재 역할도 톡톡히 해내고 있습니다.
사실 에어로겔은 발견된 지 90년이 넘은 소재입니다. 많은 연구가 진행되었음에도 아직 대중적으로 쓰이지 않고 있는 이유는 무엇일까요? 첫 번째, 에어로겔은 큰 무게를 견딜 수는 있지만, 충격에 매우 약하다는 단점이 있습니다. 두 번째, 에어로겔은 제작 과정이 오래 걸리고 복잡해서 가격이 높게 책정됩니다. 세 번째, 다양한 소재로 만들 수 있지만 원재료에 따라 발암물질이 생성되는 위험성이 있습니다.
하지만 개발과 연구에 땀 흘린 결과, 현재 다양한 사업에서 분말 형태의 에어로겔을 사용하고 있다고 합니다. 취약점만 보완된다면 그야말로 꿈의 소재가 될 에어로겔! 차세대를 이끌 신소재로 부상할 일만 남았습니다.
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