[ 시티저널 허송빈 기자 ] 국내 연구진이 기존 창호 시스템을 교체하지 않고 투과율을 큰 폭으로 자유롭게 조절할 수 있는 에너지 절감형 스마트 윈도우 등으로 활용이 가능한 새로운 광학 필름 제작 기술을 개발했다.

14일 KAIST는 신소재공학과 전석우 교수와 건설·환경공학과 홍정욱 교수·신소재공학과 신종화 교수 공동 연구팀이 3차원 나노 복합체를 이용해 에너지의 효율적인 신축 변형으로 세계 최고 수준의 가시광 투과율 조절이 가능한 능동형 광학 필름을 개발하는데 성공했다고 밝혔다.

연구팀에 따르면 에너지 효율적인 신축 변형을 이용한 광학 변조 기술은 비교적 간단한 구동 원리와 낮은 에너지 소비로 효율적으로 투과율을 제어할 수 있는 장점을 지녀 그동안 학계와 관련 업계에서 집중적인 관심을 받아 왔다.

그러나 기존 연구에서 보고된 광 산란 제어를 유도하는 구조는 대부분 광학 밀도가 낮은 2차원 표면 구조에 기반하기 때문에 좁은 투과율 변화 범위를 갖고, 물 등 외부 매질과 인접할 때 광학 변조 기능을 잃는 문제가 있다.

특히 비 정렬 구조에 바탕을 두고 있어 광학 변조 특성이 균일하지 못해 넓은 면적으로 만들기도 힘들다.

연구팀은 정렬된 3차원 나노 구조 제작에 효과적인 근접장 나노패터닝 (PnP) 기술과 산화물 증착을 정교하게 제어할 수 있는 원자층 증착법(ALD)을 이용했다.

이에 주기적인 3차원 나노쉘  구조의 알루미나(alumina)가 탄성 중합체에 삽입된 신축성 3차원 나노 복합체 필름을 현존하는 광학 변조 필름 중 가장 큰 면적인 3인치×3인치 크기로 제작하는 데 성공했다.

광학 필름을 약 60% 범위에서 당겨 늘리는 경우 산화물과 탄성 중합체의 경계면에서 발생하는 수없이 많고 작은 구멍에서 빛의 산란 현상이  발생한다.

연구진은 이를 이용해 세계 최고 수준의 가시광 투과율 조절 범위인 약 74%를 달성했다.

동시에 1만회에 걸친 반복적인 구동 시험과 굽힘과 뒤틀림 등 거친 변형, 70℃ 이내 고온 환경에서의 구동, 물속에서의 구동 특성 등을 확인한 결과 높은 내구성과 안정성을 확인했다.

이와 함께 재료 역학적·광학적 이론 해석을 바탕으로 경계면에서 발생하는 광 산란 현상 메커니즘도 규명하는 데 성공했다.

전 교수 공동 연구팀이 개발한 이 기술은 기존 창호 시스템 교체 없이도 간단한 얇은 필름 형태로 유리 표면에 부착해 투과율 조절이 가능한 에너지 절감형 스마트 윈도우로 활용이 가능하다.

이 밖에 두루마리 타입의 빔 프로젝터 스크린 응용 등 감성 혁신적인 폭넓은 응용이 가능할 것으로 기대되고 있다.

전석우 교수와 홍정욱 교수가 교신 저자, 조동휘 박사 과정 학생과 신라대학교 심영석 교수가 공동 1저자로 참여한 이번 연구는 재료 분야의  세계적인 학술지 어드밴스드 사이언스(Advanced Science) 4월 26일자 온라인판에 게재됐다.