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전북대학교 이승희 교수 연구팀(공대 대학원 JBNU-KIST 산학연융합학과·공대 고분자나노공학과)의 임영진, 김민수 연구교수가 잉크의 주요 원료인 카본블랙 입자와 전기영동을 접목해 근자외선에서 적외선까지 광대역 빛의 제어가 가능한 광셔터를 개발했다.
이 연구 성과를 통해 종래 기술을 적용한 스마트 윈도우 방식보다 건축물의 효율적인 에너지 절감 효과를 기대할 수 있게 됐다.
특히 자동차 유리창과 선루프 등에 적용 시 개방감 및 뛰어난 열 차단 효과로 미래 지능형 자동차 시장의 핵심부품으로 주목받을 것으로 기대된다.
전기적 신호로 투명도를 조절하는 기존 PDLC를 이용한 스마트 윈도우는 전압을 이용해 빛의 산란과 투과를 가역적으로 전환하는 것이 가능했지만, 빛의 산란을 이용할 때 필연적으로 빛이 새어 나오는 문제가 있었다.
가시광선 영역대의 빛만을 제어할 뿐 아니라 구동 전압이 매우 높으며, 고분자를 이용하기 때문에 오랜 시간 태양광에 노출 시 변색된다.
또한 동작 온도의 제한성 때문에 주로 실내에서만 적용되고 소비전력이 높다는 한계가 있다.
이런 점들을 극복하기 위해 이 교수팀은 빛을 광대역으로 흡수할 수 있는 카본블랙 입자를 유전체 오일에 분산시키고 입자의 위치를 전기적으로 제어해 빛의 효율적인 차단과 투과를 구현해 냈다.
이 교수팀이 개발한 광셔터는 카본 입자를 사용하기 때문에 태양광 자외선에 의한 변색의 우려도 해소했고, –50도에서 120도까지 광범위한 온도 범위에서 낮은 전압으로도 구동이 가능하여 극한 외부 환경에도 적용 가능하다.
임영진 연구교수는 “카본블랙을 이용한 광셔터는 20V 내외의 낮은 전압으로 구동되고 전압인가를 하지 않아도 투명 상태가 유지되는 전기쌍안정이 구현된다”며 “온도의존성이 낮아 어떤 환경에서도 빛의 투과 및 차단이 가능한 매력적인 기술로 응용범위가 넓을 것으로 기대된다”고 말했다.
한편 이번 연구는 임영진, 김민수 연구교수와 전현수, 한연진 석사과정생이 참여했으며 연구 성과는 나노기술분야의 국제학술지인 『스몰(Small, IF=15.153)』 최신호에 게재됐다.
한국연구재단(창의도전연구기반지원사업, 중견연구자지원사업), 한국산업기술평가관리원(소재부품장비혁신랩 기술개발사업)과 교육부의 4단계 두뇌한국 21 사업(BK21-FOUR)의 지원을 받아 수행됐다.
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