▲ MTC 장치의 기계-열-변색 작동 메커니즘 설명 및 투명도 변화

과포화 물질의 상변화 특성을 활용해 햇빛이나 온도에 영향을 받지 않고 기계적 충격과 열에너지를 이용해 색 변화가 제어 가능한 스마트 윈도우가 개발돼 상용화가 기대되고 있다.

서울대 공대(학장 차국헌)는 기계항공공학부 고승환 교수팀이 겨울철 손난로 물질로 사용하는 아세트산나트륨(Sodium acetate)을 이용하여 새로운 메커니즘으로 작동하는 스마트 윈도우를 개발했다고 30일 밝혔다.

새로운 MTC(Mechano-thermo-chromic device) 스마트 윈도우는 다른 기존 스마트 윈도우와 달리 기계적 충격과 열에너지를 활용한다.

스마트 윈도우는 사생활 보호, 보안, 예술적 디자인의 표현, 건물의 효율적인 에너지 관리 등의 분야에서 기존 유리창과 대비 뛰어난 성능을 보인다.

이에 다양한 유/무기 기반의 변색, 상변화 소재와 이에 따른 작동 원리를 활용한 스마트 윈도우 개발이 활발하게 진행되고 있었다.

이번 연구결과는 기존 스마트 윈도우가 가지고 있었던 지속적으로 열에너지가 소비된다는 점, 햇빛이나 온도 등 외부 환경에 취약하다는 한계점을 해결했다는 점에서 의의를 갖는다.

연구팀은 과포화 염 화합물의 온도에 따른 석출 및 용해의 간단한 화학 원리를 활용했다.

아세트산나트륨은 과포화 상태에서 투명한 액체 상태가 유지되지만, 기계적인 충격을 가하면 염이 석출되는 동시에 결정구조에 의해 불투명한 광학적 특성을 갖게 된다.

반대로 석출된 염 화합물을 특정 온도까지 가열할 경우 물질이 다시 액화되어 투명한 상태가 된다.

이러한 작동방식은 간단한 기계적 충격 및 열에너지 투입으로 가역적(reversible)으로 제어가 가능하다.

MTC 소자를 활용한 스마트 윈도우 시스템은 외부의 자외선이 높은 환경에서도 능동적으로 대응이 가능해 상용화 가능성도 매우 높다.

고승환 기계항공공학부 교수는 “광 차폐 시 전기 및 열에너지 필요 없이 단순한 기계적 충격과 가열을 통해 투명하거나 불투명한 광학적 특성을 구현할 수 있다”며 “MTC 장치는 투명하고 유연한 재료로 패키징 된 액체 기반이어서 곡면에 적용하기 용이하고, 간단한 작동 메커니즘으로 내구성도 확보했다”고 밝혔다.

이번 연구 결과는 세계적으로 인정받아 국제 학술지 Science의 자매지인 Science Advances 지(1저자 조현민, 권진형, 교신 저자 고승환 교수)에 7월26일자로 게재됐다.

한편 이 연구는 한국 연구재단의 지원으로 진행됐다.