가시광선은 통과시키고 자외선, 적외선은 차단하는 코팅

(Researchers at the University of Notre Dame have developed a new window coating to block heat-generating ultraviolet and infrared light and allow for visible light, regardless of the sun's angle. Credit: University of Notre Dame)

(Graphical abstract. Credit: Cell Reports Physical Science (2024). DOI: 10.1016/j.xcrp.2024.101847)

창문은 채광과 쾌적한 실내 환경 유지를 위해 매우 중요하지만, 여름철에는 실내 온도를 높이는 주요 원인이 됩니다. 따라서 과학자들은 가시광 영역의 빛은 투과시키고 나머지 파장의 빛은 차단하는 코팅 소재를 개발하기 위해 노력하고 있습니다.

노트르담 대학의 텡페이 루오 교수 (Tengfei Luo, the Dorini Family Professor for Energy Studies at the University of Notre Dame)가 이끄는 연구팀은 다양한 각도에서 들어오는 태양광의 자외선 및 적외선 파장을 차단하는 코팅을 개발했습니다.

과거 개발한 코팅 소재의 단점은 각도에 따른 차단율이 달라 계절이나 시간에 따른 편차가 크다는 것이었습니다. 루오 교수와 포닥 연구자인 김성민 (Seongmin Kim)은 실리카, 알루미나, 산화 티타늄 (silica, alumina and titanium oxide)으로 만든 얇은 막을 유리 위에 만든 후 다시 마이크로미터 두께의 실리콘 폴리머를 더해 다양한 각도에서 자외선과 적외선은 차단하고 가시광은 통과시키는 코팅을 개발했습니다.

연구팀은 최적의 소재 비율을 알아내기 위해 양자 컴퓨팅 (quantum computing) 중에서도 양자 어닐링 (quantum annealing) 방식을 이용했습니다. 그 결과 매우 구하기 쉬운 소재를 이용해서 실내 온도를 5.4-7.2도 낮출 수 있었습니다.

실제 상용화를 위해서는 내구성이나 가격 등 여러 가지 요소가 적당해야 하겠지만, 가능하다면 차량용 선팅 소재나 기온이 높은 지역에서 에너지 절약 목적으로 활용할 수 있을 것으로 기대됩니다. 다만 겨울철에는 오히려 난방에 더 많은 비용이 들어가는 만큼 우리나라처럼 계절차이가 큰 나라에서는 상대적으로 도움이 되지 않을 것으로 생각합니다.

참고

https://techxplore.com/news/2024-04-sunrise-sunset-window-coating-blocks.html

Seongmin Kim et al, Wide-angle spectral filter for energy-saving windows designed by quantum annealing-enhanced active learning, Cell Reports Physical Science (2024). DOI: 10.1016/j.xcrp.2024.101847

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