용액 공정만으로 유리창 컬러를 마음대로 바꿀 수 있는 전기변색 소자가 상용화 수준으로 개발됐다. 현재 기술이전을 논의 중이다.
김소연 한국재료연구원(KIMS) 에너지·환경재료연구본부 책임연구원은 지디넷코리아와의 전화통화에서 "미터급 스케일의 롤투롤 공정이 가능한 변색 소자를 국내 처음 개발했다"며 "검증이 가능하고, 현재 스마트 윈도우 관련 업체와 기술이전을 협의하고 있다"고 말했다.
이 기술은 김소연 책임연구원과 임동찬 에너지·환경재료연구본부 책임연구원이 공동 개발했다.
핵심은 저전력 전기 에너지를 공급함에 따라 유리 표면 색이 원하는 농도로 변하는 것..
연구팀은 바나듐 산화물 나노와이어에 전기가 잘 흐르도록 돕는 전도성 고분자(PEDOT:PSS)를 결합, 노랑·초록·파랑 등 3가지 색을 안정적으로 구현했다.
전기를 흘렸을 때 유리 색이 변하는 시간은 단, 5초.
연구팀은 물에 원료를 녹인 뒤 고온·고압에서 반응시키는 수열합성법으로 머리카락보다 훨씬 가는 바나듐 산화물 나노와이어를 만든 뒤, 이를 전도성 고분자와 섞어 잉크 형태의 다색 전기변색 하이브리드 소재를 제조했다.
김소연 책임연구원은 "이 소재를 유리 위에 얇게 입힌 결과, 전기 흐름을 방해하는 정도인 면저항을 97% 이상 낮춰 전기가 훨씬 잘 흐르도록 개선했다"며 "전압 변화만으로 노랑·초록·파랑 세 가지 색을 약 5초 만에 안정적으로 전환한다"고 강조했다.
전압이 0V일 때는 초록, 전압을 0.6~2.0V 등 플러스 극에 인가시 노랑, 마이너스 극에 붙였을 때는 청색을 나타내는 식이다.
특히, 이 하이브리드 소재는 600회 반복 구동 후에도 안정적인 내구성과 색 변화 전후의 빛 투과율 차이를 뜻하는 광학 변조율을 43% 이상 확보하는데 성공했다.
김소연 책임연구원은 "논문에는 대면적으로 A4용지 크기 제작으로 언급했지만, 실제 미터급으로 제작하는 것이 가능하다"며 "광학 변조율 43% 이상도 구현할 수 있지만, 그럴 경우 너무 투명해진다. 이는 자동차 썬팅 농도와 같게 보면 된다"고 말했다.
김 책임연구원은 또 "현재 다른 소재를 활용할 경우 4~5가지 색 연출도 된다"며 "향후 건축물·자동차용 스마트 윈도우는 물론 멀티컬러 디스플레이와 플렉서블 웨어러블 기기 등에 활용 가능하다"고 덧붙였다.
연구 결과는 화학공학 분야 국제 학술지 케미컬 엔지니어링 저널(IF 12.5)에 최근 온라인으로 게재됐다.
