한국생산기술연구원(원장 이낙규)이 외부 기온 변화에 따라 태양광 적외선 투과율을 조절, 쾌적한 실내온도를 유지하는 스마트윈도 제조기술을 개발했다.
김대업 생기원 탄소소재응용연구그룹 박사팀은 특정 온도에서 가시광선은 투과시키지만 적외선을 차단하는 특성을 지닌 열변색 소재 이산화바나듐(VO₂)을 사용해 적외선 투과를 자동 제어하도록 했다.
여름철 고온에서는 적외선을 70%가량 차단시켜 냉방 효율을 향상하고, 겨울철에는 적외선을 최대한 받아들여 보온 효과를 낼 수 있게 했다. 적정 실내온도 유지에 필요한 에너지 소비를 일반 창호보다 30%가량 절감한다.
새로 개발된 스마트윈도는 기온 변화에 자동 반응하는 소재 특성상 별도의 외부 전원과 전력 구동 회로가 필요 없어 제작비용이 저렴하다. 또 유리창에 덧붙이는 필름 형태 유연 제품도 생산 가능해 사용자가 쉽고 간편하게 시공할 수 있다.
현재 가로·세로 50㎝ 크기 필름 개발을 완료한 상태다. 향후 1m 크기 대면적 필름을 고속 생산에 유리한 롤투롤 공정으로 양산할 수 있을 전망이다.
기술개발 핵심은 유리 또는 필름 기판 위에 VO₂ 박막을 코팅하는 공정에 세계 최초로 백색광 저온소결 공정을 적용시킨 점이다. 이 공정은 인쇄전자 분야에서 주로 활용돼 왔다.
기존 VO₂ 박막은 68도 수준에서 적외선을 반사한다. 더 낮은 상온에서는 스마트윈도 소재로 활용하기 어렵고, 결정성이 낮아 반사 효율도 떨어진다. 연구팀은 VO₂ 소재에 도핑물질을 첨가해 적외선 반사 온도를 23도까지 낮췄다. 40~60도 사이 저온 영역에서 제논램프 광에너지로 나노입자를 소결, 적외선 반사효율을 향상시켰다. 이 공정으로 기존 열처리 공정 대비 소결시간을 1만분의 1 이하로 단축시켰고 제조비용도 약 40% 이상 절감했다.
김대업 박사는 “시제품 비교 평가 결과 스마트윈도 필름 부착 여부에 따라 실내 온도차가 13도 가량 발생했다”며 “현재 상품성을 높이기 위해 소비자들이 선호하는 푸른색 계열 필름 색상 개발에 주력하고 있으며 향후 자동차나 온실, 옥외 디스플레이용 필름까지 응용 분야를 확대할 예정”이라고 말했다.
한편 관련 특허는 국내 특허 9건과 해외 특허 3건을 출원, 우수특허 1건을 포함한 국내 특허 4건이 등록된 상태다. 게재된 SCI 논문 10편 중 4편이 우수논문에 포함됐다.
지난해 12월 액정 필름 제조 전문기업 큐시스와 기술이전 계약을 체결, 건축 창호용 필름 양산을 준비 중이다. 현재 다른 전문기업 2곳과도 추가 기술이전을 협의하고 있다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com