에어로젤(aerogel)에 대하여 얼마나 아시나요?

aefogel

aerogel에 대한 개요

aerogel은 공기 중에서 가장 가볍고 높은 열 저항성을 가진 고체 물질로, 극도로 적은 밀도와 높은 기공률을 가지고 있습니다. 에어로젤은 ‘frozen smoke’라고 불리는 세상에서 가장 가벼운 고체로 내부의 90% 이상이 공기로 이루어진 물질이며, 공기(aero)와 3차원 네트워크 구조(gel)의 합성어에서 기인합니다.

이러한 특징으로 인해, aerogel은 열 및 소음 절연재, 캐터링재, 감쇠재, 촉매 및 센서 등 다양한 분야에서 사용됩니다.

aerogel은 주로 실리카, 글리세롤 및 금속 옥시드와 같은 다양한 물질로 만들어집니다.

 

이러한 물질은 고체 상태에서 액체를 제거하고 기체 상태로 변환시킴으로써 aerogel을 형성합니다. 따라서, aerogel은 매우 다양한 형태와 크기로 제조될 수 있습니다.에어로젤은 다양한 물질로 만들어질 수 있습니다.

이 중에서도 실리카가 가장 많이 사용되며, 금속 옥시드, 글리세롤, 폴리우레탄 등 다른 물질로도 제조됩니다.

 

에어로젤의 제조는 기체를 압축하여 고체 상태로 만드는 과정을 거치는데, 이를 "상압 건조법"이라고 합니다.

공정 단가를 크게 낮출 수 있는 상압 건조 방식의 에어로젤 합성 방식이 개발됨에따라 2000년 이후 Aspen Aerogel, Cabot 등의 에어로젤 양산화가 가능한 유명 기업이등장하고 단일체형(monolith), 분말, 블랭킷 타입 등의 다양한 에어로젤 제품이 제작되면서 본격적인 상업화가 시작되었으며,기존 실리카 외에 탄소, 고분자, 그래핀, 탄소나노튜브 등 다양한 특성을 가지는 원소재를 이용하여 에어로젤이 제작됨에 따라 현재까지도 그 적용 분야를 넓혀가고 있습니다.

 

KISTEP 브리프 111 [에어로젤 주요특성]

aerogel의 주요 장점은

높은 열 저항성, 높은 기공률, 가벼운 무게, 높은 표면적 및 향상된 기계적 특성 등이 있습니다.

이러한 특징으로 인해, aerogel은 효율적인 열 및 소음 절연재로 널리 사용됩니다.

또한, aerogel은 촉매 및 센서에서도 사용됩니다.

에너지 효율을 높일 수 있습니다.에어로젤은 열전달 계수가 매우 낮아, 건물 내부와 외부 간의 열 전달을 차단할 수 있습니다.이를 통해 냉난방비용을 크게 절감할 수 있습니다. 또한, 에어로젤은 경량이기 때문에 건축재료로 사용되었을 때, 건축물의 무게를 감소시킬 수 있습니다.

aerogel의 단점은

높은 비용과 상대적으로 약한 기계적 특성입니다.

에어로젤은 제조 과정이 복잡하고, 소재 비용도 높기 때문에, 다른 재료들에 비해 비싼 가격을 유지하고 있습니다. 따라서, 에어로젤을 이용한 건축내장재 제품은 아직까지는 고가의 제품으로 인식되고 있습니다.

이러한 단점에도 불구하고, aerogel은 다양한 산업 분야에서 효율적인 솔루션으로 인식되고 있습니다.

aerogel의 여러 가지 용도

에어로젤(aerogel)은 우수한 소재적 특성을 보유하고 있어 건축/콜드체인/수송등 에너지･환경뿐만 아니라 전기･전자/우주･항공 등 다양한 차세대 유망기술･산업 분야에 적용되어 파급효과를 나타낼 수 있을 것으로 예상됩니다.

 

현재 에어로젤 소재는 플랜트 및 건축용 단열재를 중심으로 수요산업이 구성되어 있으며, 최근에는 항공･우주 등 특수 용도 시장도 형성되기 시작하였습니다. 현재까지 개발된 에어로젤 기반 단열재는 크게 시트형, 보드형, 분말형과 같은

고형 형태와 흐름성 있는 반고체 형태로 보급되는 도료 형태의 액형으로 나눌 수 있습니다.

 

 

에어로젤 소재의 역사는 100년에 가까울 정도로 오래되었으나, 기계적물성 부족과 고부가가치 수요 산업 부재 등의 한계로 그간 합성 및 간단한 응용연구 수준에 기술 개발이 정체된 상황이였습니다. 하지만 최근에는 탄소중립 이행의 필요성이 에너지효율 관련 기술개발을 견인하고 있으며, 우주･항공 등 극한 환경에서 필요한 소재의 수요도 급속도로 증가하고 있습니다. 

 

KISTEP 브리프 111 [에어로젤의 응용분야 예시]