창문은 빛을 받아들이고 열을 발산하는 건물의 기본 필수품이지만 항상 두 기능을 동시에 갖기를 원하지는 않습니다. 이제 노스캐롤라이나 주립대학교(NCSU)의 엔지니어들은 창문이 세 가지 모드 사이를 쉽게 전환할 수 있는 새로운 소재를 개발했습니다.
이 새로운 동적 창은 일반 투명 모드(빛과 열이 들어오게 함), 열을 차단하지만 투명함을 유지하는 모드, 색조 모드(일부 빛은 차단하지만 열은 차단하지 않음) 사이를 전환할 수 있습니다. 이를 통해 사용자는 일년 내내 자외선 차단 효과를 누릴 수 있습니다.
이 모든 것의 핵심은 전기변색 원리를 기반으로 하는 동적 유리창에서 흔히 발견되는 산화텅스텐이라는 작은 물질에 있습니다. 일반적으로 산화텅스텐은 투명하지만 전기신호를 가하면 어두워지고 빛을 차단해 주문형 창문 착색에 매우 편리합니다.
그러나 새로운 연구에서 UNC 연구원들은 완전히 새로운 숨겨진 기술을 발견했습니다. 물을 추가하면 수화 텅스텐 산화물로 변하며, 이는 전기 변색 창에 사용될 때 추가 설정을 갖습니다.
닫혀 있으면 빛과 열이 투명하게 유지되므로 사람들이 가능한 한 많은 빛과 열이 필요한 단조로운 겨울날에 적합합니다. 일부 전자와 리튬 이온이 재료에 주입되면 먼저 적외선(열을 감지함)을 차단하는 동시에 가시광선 파장에 대해서는 투명한 상태를 유지하는 단계를 거칩니다. 마지막으로, 더 많은 전자가 물질에 유입됨에 따라 가시광선과 적외선을 모두 차단하는 어두운 단계로 전환되어 여름에 사용하기에 적합합니다.
산화텅스텐 수화물이 왜 그런 식으로 작동하는지 정확히 알 수는 없지만 노스캐롤라이나 대학의 과학자들은 한 가지 가설을 가지고 있습니다.
이번 연구의 제1저자인 Jenelle Fortunato는 “결정 구조에 물이 존재하면 구조의 밀도가 낮아져 리튬 이온과 전자가 재료에 주입될 때 변형에 덜 민감하게 됩니다. "우리의 가설은 산화텅스텐 수화물이 변형되기 전에 일반 산화텅스텐보다 더 많은 리튬 이온을 수용할 수 있기 때문에 두 가지 모드가 생성된다는 것입니다. 하나는 리튬 이온과 전자의 주입이 광학 특성에 영향을 주지만 구조는 아직 변경되지 않은 '콜드' 모드이며, 이 모드는 적외선을 흡수합니다. 그런 다음 구조가 변경된 후에 가시광선과 적외선을 모두 차단하는 '암흑' 모드가 나타납니다."
시장에는 동적 창 디자이너가 부족하지 않지만 일반적으로 하나의 시스템에서 많은 모드를 사용할 수 없습니다. 그렇더라도 일반적으로 더 큰 장치가 필요합니다. 이 경우 하나의 재료만 필요하기 때문에 유리 두께와 에너지 요구 사항은 일반 산화 텅스텐 창과 거의 동일합니다.
이번 연구의 공동 교신저자인 Delia Milliron은 "스마트 윈도우 커뮤니티에 이미 잘 알려진 단일 재료에서 이중 대역(적외선 및 가시광선) 조명 제어 기술을 발견하면 향상된 기능을 갖춘 상용 제품의 개발을 가속화할 수 있습니다."라고 말했습니다.
이번 연구는 ACS Photonics 저널에 게재되었습니다.