“가시광선은 통과, 적외선·자외선은 반사”…투명필름 개발

경희대 이응규 교수·美연구팀, 다층구조의 ‘투명 광 냉각 필름’ 개발
“양자컴퓨팅 활용 설계…건물 등 냉각에 소비되는 에너지 30% 줄여”

적외선·자외선 반사하는 '투명 광 냉각 필름'. ACS Energy Letters 논문 발췌. 연합뉴스

 
가시광선은 통과시키고 적외선·자외선은 반사하는 ’투명 광 냉각 필름’이 한국과 미국 공동 연구팀에 의해 개발됐다.

이러한 방식으로 건물 등을 냉각하는데 소비되는 에너지를 30% 이상 줄일 수 있다고 연구진은 설명했다.

경희대 전자공학과 이응규 교수와 미국 노터데임대 텅페이 뤄 교수 연구팀은 인공지능(AI)과 양자컴퓨팅을 활용해 다층구조의 투명한 광 냉각 필름을 설계해 제작하고 냉각 효과를 실험으로 검증했다고 3일 밝혔다.

전 세계 에너지 소비의 약 15%가 건물 등을 냉각하는데 소비되는 것으로 알려져 있다. 이는 햇빛 등을 통해 건물 내로 유입되는 열만 차단해도 냉각에 들어가는 에너지를 크게 줄일 수 있다는 뜻이다.

과학자들은 태양광의 열을 차단하는 코팅 소재를 오래 연구해왔지만, 투명도가 높으면서 적외선과 자외선을 차단하는 소재를 개발하는 것은 쉽지 않았다.

연구팀은 이번 연구에서 양자컴퓨팅과 기계학습 기법으로 이산화규소와 질화규소, 산화알루미늄, 이산화티타늄 등 소재와 실리콘 기반의 유연하고 투명한 플라스틱인 ‘폴리디메틸실록산(PDMS)’을 다층구조로 쌓아 자외선·적외선 차단 성능이 우수한 투명 광 냉각 필름을 만드는 데 성공했다.

자외선·적외선 차단하는 투명 광 냉각필름 개발과정. ACS Energy Letters 논문 발췌. 연합뉴스

 
연구팀은 기계학습과 양자컴퓨팅을 활용한 컴퓨터 모델링을 이용해 구성 요소들의 구조와 배치 등을 최적화하는 방법으로 성능이 가장 우수할 것으로 예상되는 투명 광 냉각필름의 구조를 설계했다.

연구팀은 이렇게 설계된 필름을 제작해 성능을 측정한 결과, 가시광선(파장 400~750㎚)을 통과시키는 투과율은 평균 90%로 투명도가 높으면서도 열을 전달하는 적외선(파장 850~1400㎚)을 평균 80% 이상 차단하는 등 적외선·자외선 차단 효과가 우수한 것으로 나타났다.

컴퓨터 모델링 기법은 소재들의 모든 가능한 조합을 기존 컴퓨터보다 빠르게 효율적으로 최적화했으며, 이렇게 설계된 소재는 전통적 방법으로 설계된 TRC나 이미 상품화된 열 차단 유리보다 성능이 우수한 것으로 확인됐다고 연구팀은 밝혔다.

이 교수는 “이 필름을 건조하고 더운 지역의 건물 유리창에 코팅하면 일반 유리를 사용할 때와 비교해 건물 냉각에 필요한 에너지를 31% 줄일 수 있는 것으로 나타났다”라며 “이 필름은 자동차 등 다른 용도로도 사용할 수 있을 것”이라고 말했다.

그는 “투명 광 냉각 필름을 유리창은 물론 차량에도 활용할 수 있도록 소재 분야 연구자와 후속 공동 연구를 진행할 계획”이라며 “특히 이 연구는 양자컴퓨팅을 첨단소재 개발에 효율적으로 활용할 수 있다는 것을 입증했다는 데 의미가 있다”고 설명했다.

이번 연구 결과는 미국화학회(ACS) 저널 ‘ACS 에너지 레터스’(ACS Energy Letters)에 3일 게재됐다.

이승구 온라인 뉴스 기자 lee_owl@segye.com