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▲ 국부적인 영역에서의 투광성 변화를 가능하게 하는 획기적인 스마트 윈도우 시스템 ⓒ 고려대학교 제공
살짝만 눌러도 투과율을 큰 폭으로 조절할 수 있는 광학 조절 필름이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다. 이를 통해 새로운 방식의 스마트 창문 시스템의 제작 가능성이 열렸다.
고려대학교(총장 김동원)는 8일 신소재공학부 전석우 교수 연구팀과 KAIST(총장 이광형) 홍정욱·신종화 교수 연구팀이 공동 연구를 통해 세계 최초로 '누르면 투명해지는 광학 필름'을 개발했다고 밝혔다.
고려대에 따르면, 창문은 빛, 시야, 프라이버시를 결정할 뿐 아니라 실내 온도에 큰 영향을 미치는데, 특히 도시 에너지 소비의 40% 이상이 조명과 온도를 조절하는 건물 운영에 사용되기 때문에 더 효율적인 스마트 창문 설계는 점점 더 중요해지고 있는 상황이다.
더구나 근래 스마트 창문에 활용되는 광학 필름은 특정 방향으로 잡아당길 때의 구조 변화가 일어난다. 이 변화는 빛을 산란시켜 창문을 수초 내에 투명 상태에서 불투명 상태로 또는 반대로 전환할 수 있다는 것. 다만, 기존 재료는 광학 조절을 활성화하는 데 15% 이상의 높은 변형이 필요하고, 이는 미터 크기의 큰 창문에 사용할 시, 재료가 15cm 이상 늘어나야 하는 걸 의미해 효과적인 스마트 창문 제작에 한계가 있어 왔다는 지적이다.
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▲ 압축을 통한 투명도 조절 필름의 모식도 특정 방향으로의 이방성을 활용해 압축을 통한 투명도 조절 방식 (위) 과 기존 인장 응력을 통한 투명도 조절 필름 방식의 비교. ⓒ 고려대학교 제공
이에 고려대-KAIST 공동 연구팀은 이 이 문제를 해결하기 위해 '누를 때 광학 조절이 활성화되는 새로운 다공성 재료 구조'를 설계했다. 우선, 공동 연구팀은 오징어의 색소 조절 능력에 영감을 받아 해당 광학 필름 아이디어를 떠올렸다.
연구팀에 따르면, 이번에 개발한 광학 필름은 간단한 메커니즘을 통해 창문의 크기와 관계없이 사람의 머리카락 두께인 백 마이크로미터 수준의 변형만으로 94%의 높은 투과율 변화를 달성했다.
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▲ 정렬 이방성 나노구조의 우수한 광학 특성 (a) 나노구조의 번형률에 따른 투명도 변화 비교 그래프 (b) 기존 투과율 변화 필름 시스템과 비교한 새로운 방식의 투명도 변화 시스템의 우수성 ⓒ 고려대학교 제공
또한 연구팀이 개발한 광학 필름은 기존 광학 필름들과 달리 단순히 누르기만 하면 국소적인 부분도 투명하게 할 수 있게 됐다. 그렇기에 특정 영역에서 투과율을 효과적으로 조절할 수 있는 스마트 창문 시스템으로 다양한 응용이 가능하다는 점을 강조했다.
전석우 고려대 신소재공학부 교수는 "이번 연구는 단일 공정만으로 세계 최고 수준의 투과 효율을 달성했다는 점에서 의의가 있다"면서 "기존 기계변형 광학 필름의 구조적 한계를 극복해 새로운 스마트 창문 시스템의 가능성을 열었다"고 자평했다.
한편, 이번 연구는 한국연구재단의 원천기술 개발 사업 '미래 소재 디스커버리 사업과 미래 기술 연구실 사업' 전락형의 지원을 받았다. 연구 결과는 세계적인 학술지 <네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)>에 지난 9월 14일 온라인 게재됐다.
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▲ 사진 왼쪽부터 교신저자 전석우 교수, 공동 교신저자 홍정욱 교수, 제1저자 Haomin Chen 박사 ⓒ 고려대학교 제공
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