혁신이 세상을 바꿉니다
단열 분야에서 에어로젤은 오랫동안 열전도율이 가장 낮은 고체 소재 중 하나로 평가받아 왔습니다. 흔히 “고체 연기”라고 불리며, 고성능 단열 소재의 대표적인 기준으로 자리 잡았습니다.
그러나 에어로젤에는 큰 약점이 있습니다. 바로 쉽게 부서지는 성질인 취성입니다.
매우 높은 기공률은 탁월하게 낮은 열전도율에 기여하지만, 동시에 기계적 강도를 제한하는 요인이 되기도 합니다. 기존 에어로젤은 굽힘이나 압력을 받으면 파손될 수 있으며, 절단과 재봉을 비롯한 여러 가공 과정에서도 상당한 어려움이 따릅니다.
이에 연구자와 산업계는 거의 한 세기 동안 에어로젤에 필적하는 단열 성능을 제공하면서도 직물처럼 유연하고 가공하기 쉬운 단열 소재를 찾아왔습니다.
Y-Warm의 개발은 이러한 가능성을 현실로 만들었습니다.
I. Y-Warm이란?
Y-Warm은 Y-Warm Technologies Co., Ltd.가 개발한, 나노 스케일의 폐쇄 기공 구조를 갖춘 유연한 단열 소재입니다.
개발은 2013년 프로젝트 출범과 함께 시작되었습니다. 2017년 연구팀은 나노 스케일의 폐쇄 기공 구조를 갖춘 유연한 단열 소재를 개발하는 데 성공했으며, 회사는 이를 세계 최초의 성과로 설명합니다. 2019년에는 기술 검증을 완료했고, 2021년에는 상업적 규모의 생산을 시작해 시장에 출시했습니다.
재료과학 관점에서 Y-Warm의 핵심적인 기술적 진전은 구조에 있습니다.
연구팀은 유연한 고분자 기반의 나노 폐쇄 기공 기술을 적용해 기존 겔 기반 소재에서 흔히 나타나는 취성을 극복했습니다. Y-Warm은 에어로젤에 필적하는 수준의 매우 낮은 열전도율을 유지하면서 유연성과 실용적인 가공성을 함께 갖추었으며, 재봉과 기계 세탁이 가능합니다.
연구개발팀은 이러한 기술적 성과를 세 가지 “세계 최초”로 요약합니다.
첫째, 나노 다공성 소재의 오랜 기계적 한계 중 하나인 취성을 극복했습니다.
둘째, 폐쇄 기공 단열 구조에 투습성과 속건성을 함께 구현했습니다.
셋째, 저열전도율 단열 기술을 겨울 의류와 신발 등 방한 제품에 적용할 수 있게 했습니다.
II. Y-Warm은 어떤 원리로 열 전달을 줄일까?
다공성 소재의 단열 성능은 기본적으로 기공 안에 갇힌 기체를 통한 열 전달을 제한하는 능력에서 비롯됩니다. 이는 에어로젤이 매우 낮은 열전도율을 구현하는 핵심 원리 중 하나입니다.
Y-Warm도 이와 유사한 기본 원리를 바탕으로 하지만, 내부 구조는 에어로젤과 다릅니다.
나노 CT(Nano-CT)와 주사전자현미경(SEM) 관찰에서는 벌집과 유사한 내부 구조가 확인됩니다.
두께가 약 20–280 nm인 나노 스케일의 기공벽이 직경 약 30–190 μm의 독립된 마이크로 스케일 폐쇄 기공을 둘러싸고 있습니다.
다공성 단열 소재에서는 기공 내부의 기체 이동을 제한하는 것이 열 전달을 줄이는 데 중요한 역할을 합니다.
Y-Warm의 독립된 폐쇄 기공 구조는 내부 기체의 이동과 대류를 제한해 소재를 통한 열 전달을 줄입니다.
동시에 얇은 기공벽은 소재의 밀도를 낮추고 고체 골격을 통한 열전도를 제한하여 높은 단열 효율에 기여합니다.
또한 마이크로미터 스케일의 표면 요철은 비표면적을 크게 늘립니다. 이는 높은 방사율에 기여하며, 소재에 원적외선 영역에서의 추가적인 열복사 특성을 부여합니다.
III. 주요 성능 데이터
두께와 단열 성능
YW-01을 예로 들면, 두께는 0.7 mm에 불과하지만 완제품에 적용했을 때 지정된 시험 조건에서 체감 온도를 약 10°C 높일 수 있습니다.
사용 온도 범위
소재의 사용 온도 범위는 약 −50°C에서 150°C이며, 일부 사양의 최고 사용 온도는 120°C입니다.
수분 관리와 속건성
흡수 능력은 표준 비교 원단의 약 2배이며, 증발 속도 역시 비교 시료의 약 2배입니다. 수분으로 완전히 포화된 상태에서도 실온에서 약 1시간이면 자연 건조될 수 있습니다.
항균 성능과 안전성
Y-Warm에는 환경적 측면을 고려한 항균제가 사용되며, 이 항균제는 반복 세탁 후에도 효과를 유지하도록 설계되었습니다. 또한 소재는 EU REACH 체계에 따른 고위험성 우려물질(SVHC) 관련 시험을 통과했습니다.
경량성
Y-Warm의 단위 면적당 질량은 약 38–70 g/m²입니다. 폭이 150 cm인 롤도 한 사람이 쉽게 취급할 수 있습니다. 적용 분야와 대체 대상 소재 시스템에 따라 중량을 최대 약 75% 줄일 수 있습니다.
Y-Warm은 미세한 표면 요철을 갖춘 초박형 소재이므로, 기존 소재를 대상으로 개발된 표준 측정법으로 열전도율의 절댓값을 정확히 측정하기 어려울 수 있습니다. 따라서 측정값은 시험 방법과 조건에 따라 달라질 수 있습니다.
이러한 이유로 현재 Y-Warm의 낮은 열전도율과 높은 단열 성능은 단일 측정값에만 의존하지 않고, 여러 시험 방법과 참조값을 종합해 평가합니다.
IV. Y-Warm과 에어로젤은 대체 관계일까, 보완 관계일까?
Y-Warm을 “에어로젤의 대안”으로 설명할 때는 구체적인 적용 분야를 고려해야 합니다. 이는 Y-Warm이 모든 측면에서 에어로젤보다 우수하다는 뜻이 아닙니다.
두 소재는 조성, 내부 구조, 기계적 특성, 주요 적용 분야에서 상당한 차이가 있습니다.
기존의 실리카 에어로젤은 주로 무기물인 이산화규소로 구성되며, 3차원 나노 다공성 구조를 갖습니다. 탁월한 단열 성능을 제공하지만, 일반적으로 일체형인 모놀리스 형태에서는 취성을 보입니다. 에어로젤 기반 단열 기술은 항공우주, 석유·가스 배관, 배터리 열 관리 등 높은 단열 성능이 필수적인 분야에서 널리 활용되어 왔습니다.
반면 Y-Warm은 유기 고분자를 기반으로 하며, 나노 스케일의 기공벽이 독립된 마이크로 스케일 폐쇄 기공을 둘러싸는 구조입니다. 유연성과 복원력에 더해 투습성과 속건성을 갖추고 있습니다. 이러한 특성으로 의류, 텐트, 신발, 침구, 자동차 내장재, 건축 등 20개가 넘는 저·중온 적용 분야에 적합합니다.
보다 정확히 말하면, 유연성, 투습성, 가공성이 필수적인 저·중온 분야에서 Y-Warm은 에어로젤을 대신할 수 있는 실용적인 대안입니다.
그러나 고온 단열 분야에서는 에어로젤이 여전히 중요한 역할을 하며, 많은 적용 분야에서 대체하기 어렵습니다.
Y-Warm이 제시하는 것은 단순히 또 하나의 단열 소재가 아니라, 최소한의 두께로 높은 단열 효율을 구현하는 접근 방식입니다.
기존 방한용 단열 소재는 일반적으로 두께와 부풀어 오른 구조를 통해 공기를 가두고 열 손실을 줄입니다. 반면 Y-Warm은 부피에 주로 의존하지 않고 미세한 폐쇄 기공 구조를 활용해 열 전달을 제한합니다.
이러한 접근 방식은 “더 두꺼워야 더 따뜻하다”는 기존의 방한 원리를 넘어, 의류와 건축물에서 이동 수단에 이르기까지 폭넓은 분야에 더 가볍고 얇으며 자원 효율성을 높일 가능성이 있는 새로운 단열 선택지를 제공합니다.
자주 묻는 질문
Y-Warm은 모든 분야에서 에어로젤을 대체할 수 있나요?
모든 분야에서 대체할 수 있다는 의미는 아닙니다. Y-Warm은 유연성, 투습성, 가공성이 중요한 저·중온 분야에서 실용적인 대안이 될 수 있습니다. 고온 단열 분야에서는 에어로젤이 여전히 중요하며, 많은 적용 분야에서 대체하기 어렵습니다.
Y-Warm의 폐쇄 기공 구조는 어떻게 단열에 기여하나요?
두께 약 20–280 nm의 기공벽이 직경 약 30–190 μm의 독립된 폐쇄 기공을 둘러싸고 있습니다. 이 구조는 내부 기체의 이동과 대류를 제한하며, 얇은 기공벽은 고체 골격을 통한 열전도를 줄이는 데 기여합니다.
0.7 mm 두께로 체감 온도를 약 10°C 높일 수 있다는 것은 어떤 의미인가요?
YW-01을 완제품에 적용했을 때, 지정된 시험 조건에서 체감 온도를 약 10°C 높일 수 있다는 의미입니다. 이 수치는 해당 시험 조건과 완제품 적용 상황을 전제로 합니다.
Y-Warm의 수분 관리와 건조 성능은 어느 정도인가요?
흡수 능력은 표준 비교 원단의 약 2배이며, 증발 속도 역시 비교 시료의 약 2배입니다. 수분으로 완전히 포화된 상태에서도 실온에서 약 1시간이면 자연 건조될 수 있습니다. 또한 투습성과 속건성을 함께 갖추고 있습니다.
Y-Warm의 열전도율을 여러 시험 방법으로 평가하는 이유는 무엇인가요?
Y-Warm은 미세한 표면 요철을 갖춘 초박형 소재여서, 기존 소재용 표준 측정법으로 열전도율의 절댓값을 정확히 측정하기 어려울 수 있습니다. 측정값이 시험 방법과 조건에 따라 달라질 수 있으므로, 여러 시험 방법과 참조값을 종합해 낮은 열전도율과 높은 단열 성능을 평가합니다.
