[에너지단열경제]안조영 기자
KAIST가 개발한 3차원 나노 구조 광학 필름.(사진/KAIST)
한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 전석우 교수와 건설및환경공학과 홍정욱 교수·신소재공학과 신종화 교수 공동연구팀이 3차원 나노 복합체를 이용, 에너지의 효율적인 신축변형을 통해 세계 최고 수준의 가시광 투과율 조절이 가능한 능동형 광학 필름을 개발했다.
기존 창호시스템을 교체하지 않고서도 투과율을 큰 폭으로 자유롭게 조절, 에너지를 절감할 수 있는 방식이다.
연구팀은 정렬된 3차원 나노 네트워크에 기반한 신축성 나노 복합체를 이용했다.
가시광 투과율을 최대 90%에서 16%까지 조절 가능한 넓은 면적의 광학 필름 제작에 필요한 원천 기술을 확보한 것이다.
기존 2차원 필름의 수준을 훨씬 뛰어넘는 세계 최고 수준의 기술이라는 평가를 받고 있다.
최근 제로 에너지 빌딩, 스마트 윈도우를 위한 능동형 광학 변조기술이 주목받고 있다.
쇼케이스, 선글라스 등에 제한돼 적용된 만큼 새로운 형태의 광학 변조 기술 개발이 필요하다.
연구팀은 정렬된 3차원 나노구조 제작에 효과적인 근접장 나노패터닝(PnP) 기술과 산화물 증착(증기를 표면에 얇은 막으로 입힘)을 정교하게 제어할 수 있는 원자층 증착법(ALD)을 활용했다.
이를 통해 신축성 3차원 나노복합체 필름을 현존하는 광학 변조 필름 중 가장 큰 면적인 3인치×3인치 크기로 제작하는 데 성공했다.
광학 필름을 약 60% 범위에서 당겨 늘리면 산화물과 탄성중합체의 경계면에서 발생하는 구멍들에서 빛의 산란 현상이 발생한다.
연구진은 이를 이용해 세계 최고 수준의 가시광 투과율 조절 범위인 약 74%를 달성했다.
반복적인 구동 시험과 거친 변형, 70℃ 이내 고온 환경에서의 구동, 물속에서의 구동 특성 등을 확인한 결과 높은 내구성과 안정성을 확인하기도 했다.
좌측=광학 필름을 이용한 외부 조도 환경에 스스로 반응하는 에너지 절감형 스마트 윈도우 동작 예시
중간=당겨 늘리기 전 광학 필름의 투명 상태
우측=당겨 늘린 후 불투명 상태에서의 빔프로젝터 스크린 응용. (사진/KAIST)
KAIST 관계자는 “전 교수 공동연구팀이 개발한 이 기술은 기존 창호 시스템 교체 없이도 간단한 얇은 필름 형태로 유리 표면에 부착함으로써 투과율 조절이 가능한 에너지 절감형 스마트 윈도우로 활용이 가능하다”면서 “밖에 두루마리 타입의 빔프로젝터 스크린 응용 등 감성 혁신적인 폭넓은 응용이 가능할 것”이라고 밝혔다.
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