햇빛에서 방출되는 적외선을 70%까지 차단해 실내 냉·난방 에너지를 획기적으로 절감할 수 있는 스마트창호용 코팅소재가 개발됐다.
싱가포르 난양공과대학(NTU) 학자들이 이끄는 국제연구팀은 창문의 시야를 가리지 않으면서 열을 방출하는 적외선을 차단할 수 있는 새로운 구조의 전기변색(EC) '스마트창호' 소재를 개발했다고 사이언스데일리가 최근 보도했다. 전기변색 스마트창호는 전기를 공급하면 색이 변하면서 창문으로 투과되는 빛을 줄이는 제품으로, 주로 친환경 건물에서 많이 사용된다.
그런데 NTU가 개발한 창호용 코팅소재는 실내온도를 높이는 적외선 복사를 70%까지 차단하면서 가시광선은 90%까지 통과시켜 창문의 시야를 차단하지 않는다. 이산화티타늄, 삼산화텅스텐, 네오디뮴-니오븀 및 주석 산화물과 같은 첨단물질로 구성된 나노구조의 복합재료가 코팅된 스마트창호는 전원을 통해 적외선 투과를 켜고 끌 수 있게 된다.
이 스마트창호는 기존 전기변색 창호보다 열조절 효율이 30%가량 높고 내구성까지 뛰어나 제조비용을 줄일 수 있다. 현재 시판되고 있는 전기변색 창호는 유리의 한쪽 면에만 삼산화텅스텐이 코팅돼 있다. 이에 따라 전원을 켜면 전류가 코팅된 쪽으로 리튬이온을 이동시켜 창을 어둡게 하거나 불투명하게 만든다. 전원을 끄면 창이 다시 투명해진다.
게다가 기존 전기변색 창호는 적외선 복사가 아닌 가시광선을 차단하는 데만 효과적이어서 실내온도가 계속 올라간다는 문제가 있다. 사용한지 3~5년이 지나면 성능이 떨어진다는 단점도 있다. 이에 비해 NTU가 개발한 소재를 코팅한 스마트창호는 적외선 복사를 70%까지 차단하면서 내구성도 뛰어나 장기간 사용할 수 있다.
여기에 적외선과 전도열을 모두 제어할 수 있다. NTU팀은 스마트창호 기술성능을 향상시키기 위해 전도열을 제어하는 스위치시스템을 개발해 특허를 받았다. NTU 스위치는 열전도율이 좋은 자성탄소 기반 입자와 박막으로 구성돼 전원을 켜면 전도된 열이 유리창을 통과할 수 있다. 이 열전도 기술과 새로 개발된 전기변색 소재를 통합하면 스마트창호는 적외선 복사와 전도열을 모두 제어할 수 있는 것이다.
알프레드 토크 NTU 재료과학공학과 부교수는 "특수하게 설계된 나노구조가 물질을 '선택적'으로 반응할 수 있게 해, 적외선을 차단하는 동시에 전원을 켤 때마다 가시광선이 통과될 수 있게 개발했다"면서 "건물 냉난방 에너지를 절약하는 데 도움이 되는 친환경 소재"라고 설명했다.
해당 연구논문은 ACS 오메가 저널의 표지에 게재됐다.
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