지구 온난화에 대처하는 색상이 변하는 창문용 선글라스 개발

중국 하얼빈 공과대학(HIT) 연구원들이 필요에 따라 색상을 바꾸고 햇빛과 열을 차단할 수 있는 투명 필름을 개발했다.

이 연구는 너무 많은 에너지를 소비하지 않고도 지구 온난화에 대처하는 데 도움이 될 수 있는 기술의 주요 발전이다.

세계 각국이 폭염에 직면한 상황에서 이에 대한 즉각적인 대응은 에어컨을 설치해 쾌적함을 유지하는 것이다. 이는 단기적으로는 효과가 있지만 이 기술은 에너지 집약적이며 에어컨 수가 증가하면 전기 수요도 증가한다.

재생 가능한 에너지원은 여전히 ​​우리 에너지 수요의 상대적으로 작은 비율을 차지하기 때문에, 초과 에너지는 화석 연료를 연소하여 공급되며, 이는 지구를 더욱 온난화시킨다. 이러한 악순환을 깨기 위해서는 환경을 냉각시키는 보다 수동적인 방법을 채택해야 한다.

창문용 선글라스

중국 HIT의 화학 공학 및 화학 대학의 쉬홍보(Hongbo Xu)가 이끄는 연구팀은 필요에 따라 색상을 변경할 수 있는 전기 변색 코팅을 개발했다. 이러한 코팅의 원리는 빛이 공간으로 들어오는 것을 방지하여 시원함을 유지하는 착색된 창문이나 선글라스 뒤에 있는 것과 동일하다.

그러나 이러한 전기 변색 필름은 필요할 때 빛이 들어올 수 있도록 투명한 형태로 전환할 수도 있다. 이렇게 하면 사무실 공간이나 색조 창문이 있는 호텔 객실에서 흔히 볼 수 있는 인공 조명을 추가할 필요가 없다.

다양한 전압 하에서 필름의 색상이 변한다. 이미지 출처: ACS Energy Letters 2024에서 발췌,

코팅은 금속-유기 프레임워크 또는 MOF라고 불리는 다공성 폴리머 클래스로 만들어진다. 홍보(Hongbo)는 “MOF는 다공성 유기 및 무기 재료의 조합이다.”라고 말하면서 우리가 매일 사용하는 많은 다공성 흡착제가 MOF라고 말했다.

구조는 금속 이온에 결합하는 유기 연결자로 구성되며, 패턴이 반복되어 2차원 또는 3차원 구조를 만든다.

이 필름은 어떻게 작동할까?

홍보(Hongbu)와 동료들은 MOF를 사용하여 전기 변색 필름을 개발했는데, 그 이유는 MOF가 얇은 필름을 만들 수 있는 유연성을 제공하기 때문이다. MOF의 기공 크기는 일반적으로 0.5nm~2nm 사이이며 금속 이온에 결합하는 유기 리간드의 길이를 변경하여 추가로 조정할 수 있다고 홍보는 말했다. 이를 통해 연구원들은 전류 흐름을 개선하고 필름이 전환될 수 있는 색상을 보다 정밀하게 제어할 수 있었다.

연구원들이 전압을 조정하여 만들 수 있었던 다양한 색상의 창문. 이미지 출처: Hongbo Xu/HIT

연구진이 0.8V의 전압을 가했을 때 필름은 2초 이내에 무색에서 녹색으로 변했다. 1.6V의 전압에서는 동일한 시간 간격으로 색상이 진한 빨간색으로 변경되었다.

더 중요한 것은 필름이 다시 투명한 색상으로 바뀌기 위해 역전압을 가하지 않는 한 40시간 이상 이러한 색상을 유지했다는 것이다.

연구진은 보도 자료에서 필름 색상을 녹색으로 바꾸면 눈부심을 줄이는 데 도움이 되고, 진한 빨간색은 단열에 도움이 된다고 밝혔다. 실험에서 연구원들은 필름에 4,500번의 색상 전환 주기를 적용했는데, 이는 안정적으로 달성되었다.

연구진은 대규모 제조 시설과 협력하여 실내 온도를 조절하는 스마트 윈도우에 필름을 통합할 계획이다. 이에 대한 과제는 대형 박막을 성장시키는 것이라고 홍보는 말했다.

연구 결과는 ACS Energy Letters 저널에 게재되었다.