"빛과 열 조절, 눈부심까지 차단"…차세대 스마트 윈도우 개발

KAIST, 가시광선과 근적외선 투과 능동 조절
전압에 따라 세 가지 모드..온도저감 효과

문홍철(오른쪽) KAIST 교수와 제1저자인 조회정 서울시립대 석사과정생. KAIST 제공

KAIST가 개발한 차세대 스마트 윈도우 기술인 'RECM'으로, 빛과 열을 능동적으로 조절하고 눈부심까지 상쇄시킬 수 있다. KAIST 제공

창문을 통해 들어오는 빛과 열을 차단하면서 눈부심까지 줄일 수 있는 새로운 스마트 윈도우 기술이 개발됐다. 앞으로 도심 건축물, 고속철도 유리창, 스마트 홈 디스플레이 등 다양한 분야에 활용될 것으로 기대된다.

KAIST는 문홍철 생명화학공학과 교수 연구팀은 가시광선과 근적외선 투과율을 조절하면서 외부 반사광으로 인한 눈부심 문제를 효과적으로 상쇄하는 '스마트 윈도우 기술'을 개발했다고 17일 밝혔다.

전 세계 에너지 소비의 약 40%를 차지하는 건물 부문에서 창호를 통한 열 유입은 냉난방 에너지 낭비의 주요 원인으로 작용한다. 이런 문제를 해결하기 위해 가시광선과 근적외선의 투과율을 조절할 수 있는 전기변색 스마트 윈도우 기술이 주목받고 있다. 온도나 빛 변화에 수동적으로 반응하는 창호와 달리 전기신호를 통해 실시간 조절이 가능한 차세대 창호 시스템이다.

하지만 태양광을 효과적으로 차단할 수 있는 반면 외부 반사광으로 인한 눈부심이 발생해 도심 외벽에 적용하는데 어려움이 있다.

연구팀은 전기신호에 따라 투명 모드(빛과 열 모두 투과), 변색 모드(가시광선만 차단), 변색 및 증착 모드(가시광선과 근적외선 반사, 눈부심 상쇄) 등 세 가지 상태로 전환이 가능한 RECM 기반의 능동형 스마트 윈도우 소자를 개발했다.

투명 모드는 일반 유리처럼 빛과 열을 모두 통과시키고, 변색 모드는 산화-환원 반응(레독스 반응)을 통해 전기 자극에 따라 무색과 파란색으로 전환되는 전기변색 물질인 프러시안 블루(PB)가 형성돼 창이 짙은 파란색으로 변한다. 이 상태에서는 빛은 흡수되고, 열은 일부만 투과돼 프라이버시 확보와 실내 온도 조절이 가능하다.

특히 은(Ag)을 증착해 변색 및 증착 모드에서는 빛과 열을 반사하고, 동시에 전기변색 물질인 프러시안 블루(PB)가 반사광을 흡수, 외부 보행자의 눈부심까지 효과적으로 차단한다.

연구팀은 미니어처 모델 하우스를 이용한 실험에서 RECM 기술의 열 차단 효과를 입증했다.

일반 유리를 적용한 경우 실내 온도가 45분 만에 58.7도까지 올랐으나, RECM 기술을 변색 및 증착 모드로 적용하자 31.5도까지만 상승해 27.2도의 온도 저감 효과를 거뒀다.

문홍철 KAIST 교수는 "이번 연구는 가시광 조절에 국한된 기존 스마트 윈도우 기술을 넘어 능동적인 실내 열 제어와 보행자 시야 안전까지 종합적으로 고려한 진정한 스마트 윈도우 플랫폼을 제시한 것"이라며 "도심 건물부터 차량, 기차 등 다양한 곳에서 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 에너지 분야 국제 학술지 'ACS 에너지 레터스(지난 13일자)'에 게재됐다.이준기기자 bongchu@dt.co.kr