[대전=뉴스핌] 오영균 기자 = 한국과학기술원(KAIST) 국내 연구진이 획기적인 가시광선 차단 효율을 높인 3차원 나노 구조 광학 필림 제작기술을 개발했다. 이 제품은 기존 창호시스템을 교체하지 않고 스마트 윈도우 등에 활용할 수 있는 방식이다.

KAIST는 신소재공학과 전석우·신종화 교수와 건설·환경공학과 홍정욱 교수 공동연구팀이 3차원 나노 복합체를 이용, 에너지의 효율적인 신축변형을 통해 세계 최고 수준의 가시광 투과율을 최대 90%에서 16%까지 조절이 가능한 능동형 광학 필름 개발에 성공했다고 14일 밝혔다.

[대전=뉴스핌] 오영균 기자 = 왼쪽 뒤부터 시계방향으로 카이스트 홍정욱 교수, 전석우 교수, 이상언 박사, 조동휘 박사과정 [사진=카이스트] 2020.05.14 gyun507@newspim.com

이 필름은 기존 2차원 광학 필름의 가시광 차단 비율(46%)보다 1.5배 이상 높은 3차원 나노 네트워크에 기반한 나노 복합체 원천기술을 확보했다. 필름은 70도 이상 고온에서도 작동하고, 1만차례에 걸친 반복적인 실험에도 변형이 없는 세계 최고 수준의 기술이라는 설명이다.

최근 제로 에너지 빌딩에 대한 관심이 높아지면서 태양광선 투과율을 제어해 에너지 손실을 줄이는 스마트 윈도우를 위한 능동형 광학 변조기술이 주목받고 있다. 해당 기술은 쇼케이스, 선글라스 등 제한돼 적용된 만큼 새로운 형태의 광학 변조기술 개발이 활발히 진행되고 있다.

특히 연구팀은 정렬된 3차원 나노구조 제작에 효과적인 근접장 나노패터닝 (Proximity-field nanopatterning) 기술과 산화물 증착(증기를 표면에 얇은 막으로 입힘)을 정교하게 제어할 수 있는 원자층 증착법 (Atomic layer deposition)을 이용했다. 이를 통해 탄성중합체에 삽입된 신축성 3차원 나노복합체 필름을 현존하는 광학 변조 필름 중 가장 큰 면적인 3인치×3인치 크기로 제작하는 데 성공했다.

광학 필름을 약 60% 범위에서 당겨 늘리는 과정에서 산화물과 탄성중합체의 경계면에서 발생하는 작은 구멍들에서 빛의 산란 현상이 발생한다. 이에 연구진은 이를 이용해 세계 최고 수준의 가시광 투과율 조절 범위인 약 74%를 달성했다.

이와 함께 반복적인 구동 시험과 거친 변형, 70도 이내 고온 환경에서의 구동, 물속에서의 구동 특성 등을 확인한 결과 높은 내구성과 안정성을 확인, 재료역학적‧광학적 이론 해석을 바탕으로 경계면에서 발생하는 광 산란 현상 메커니즘도 규명하는 데 성공했다.

전우석 교수는 "이 기술은 두루마리 타입의 빔프로젝터 스크린 응용 등 감성 혁신적인 폭넓은 응용이 가능하다"며 "기존 창호 시스템 교체 없이도 간단한 얇은 필름 형태로 유리 표면에 부착함으로써 투과율 조절이 가능한 에너지 절감형 스마트 윈도우로 활용이 가능하다"고 밝혔다. 

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