온도에 따라 들어오는 햇빛 조절하는 `똑똑한 창문` 나온다

햇볕에 따라 자동으로 어두워지거나 밝아질 수 있는 '똑똑한 창문'이 개발될 전망이다.
9일 포스텍(포항공과대학교, 총장 김무환)은 이동화 교수, 이준호 박사 연구팀이 투과하는 햇빛의 양을 직접 조절할 수 있는 신소재를 발견했다고 밝혔다. 포스텍 연구팀은 구리 기반 페로브스카이트 물질이 상전이 온도의 조절이 쉬우면서, 저온에서 높은 광(光) 투과율을 가지는 신소재로 사용될 수 있음을 제시했다.
스마트 윈도우는 외부 온도에 따라 광 투과율이 자발적으로 조절돼 건물의 냉난방 비용을 절감할 수 있는 친환경 기술로 주목받고 있다. 이 때 사용되는게 금속-절연체 상전이 물질이다. 이 물질은 높은 온도에선 광 투과율이 낮은 금속으로, 낮은 온도에선 투과율이 높은 절연체로 존재한다. 하지만 현재 스마트 윈도우용으로 개발된 상전이 물질인 이산화바나듐(VO2)은 에너지 절감효율이 낮은 단점이 있었다. 상전이 온도가 너무 높고 절연체 상태에서의 광 투과율이 너무 낮기 때문이다.
연구팀은 구리 기반 층상 할라이드 페로브스카이트가 스핀 분극된 밴드 갭을 가지고 있다는 것을 밝혀냈다. 또 이 밴드 갭은 광 투과율에 어떠한 악영향도 주지 않음을 확인했다. 밴드갭은 전자의 전이가 허용되지 않는 구역을 의미한다. 기존에는 상온에서의 상전이를 위해 낮은 밴드 갭이 필요하지만 낮은 밴드 갭은 저온에서 광 투과율을 감소시킨다는 문제가 있었다. 연구팀은 외부 응력으로 손쉽게 상전이 온도 조절을 할 수 있는 스핀 분극된 밴드 갭을 개발해 이같은 문제를 해결했다. 이번 연구는 스핀 분극 밴드 갭이 태양에너지 투과효율을 감소시키지 않지만 금속-절연체 전환온도는 효과적으로 낮출 수 있음을 밝혀냈다.
이번 연구를 주도한 이동화 교수는 "일반적인 밴드 갭을 갖는 물질은 상전이 온도는 낮추고, 투과효율은 높여야 하는 스마트 윈도우의 조건을 동시에 만족시키기 힘들었다"며 "이번에 개발된 신물질은 기존의 한계를 극복할 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다. 한편 이 연구성과는 화학 분야 권위지인 '미국 화학회지(Journal of the American Chemical Society)'에 최근 게재됐다.
[이종화 기자]