리모컨으로 커튼이나 블라인드를 자동으로 열고 닫는 기술이 나왔을 때 획기적이라고 여겨졌다. 이제는 리모컨도 커튼도 필요 없게 될지 모른다. 상황에 따라 스스로 빛 투과율(빛이 물체를 투과하는 능력을 나타내는 비율)을 조절하는 등 ‘스마트 윈도(smart window·지능형 창문)’ 기술이 속속 등장하고 있다. 우리 삶을 편리하게 하는 스마트 윈도에는 어떤 원리가 적용되는지 알아보자.


김대업 박사가 개발한 스마트 윈도 필름을 점검하고 있다. 한국생산기술연구원 제공

에너지 절약하는 스마트 윈도

여름철 쨍쨍 내리쬐는 햇빛이 창문을 그대로 통과하면 실내의 온도는 크게 올라간다. 온도를 낮추기 위해 에어컨, 선풍기 등을 작동시키면 에너지 소비량은 늘고 대기오염물질도 많이 발생하게 된다.

한국생산기술연구원은 외부 온도 변화에 따라 적외선(파장이 가시광선보다 긴 전자기파) 투과율이 달라지는 스마트 윈도 필름을 개발했다고 최근 밝혔다. 김대업 박사팀은 필름 제작에 특정 온도에서 가시광선(사람 눈으로 볼 수 있는 빛)은 통과시키고 적외선은 차단하는 소재인 ‘이산화바나듐’을 사용했다. 이산화바나듐에 도핑물질(결정의 물성을 변화시키기 위해 첨가하는 불순물)을 첨가해 온도가 약 23도일 때 적외선을 반사하게 했다.

이렇게 개발한 스마트 윈도는 적외선 70%가량을 차단할 수 있다고 연구진이 밝혔다. 여름철 일반 창문을 이용했을 때와 비교해 실내 온도 유지에 필요한 에너지 소비량을 30%가량 줄일 수 있다. 스마트 윈도를 사용했을 때 실내 온도가 13도 가량 내려가는 것도 확인됐다.​


필름을 적용해 제작한 스마트 윈도(왼쪽)와 빔 프로젝터 스크린​. KAIST 제공

커튼없이 햇빛 차단해요

마치 블라인드처럼 햇빛을 꽁꽁 막아주는 창문을 국내 연구진이 개발했다. 한국과학기술원(KAIST·카이스트) 신소재공학과 전석우 교수를 포함한 공동 연구진이 가시광선 투과율을 조절하는 필름을 개발해 지난달 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’를 통해 발표했다.

연구팀은 200∼300㎚(나노미터·1㎚는 10억분의 1ｍ) 크기의 구멍이 무수히 뚫려 있는 나노 구조의 탄성중합체(고무처럼 탄성이 좋은 고분자 화합물)를 만든 뒤 이를 10겹으로 쌓아 올려 가로 및 세로 7.5㎝ 크기의 필름을 제작했다. 이 필름을 잡아 당겨 늘리면 수없이 많은 작은 구멍이 가시광선을 산란시켜 빛의 투과율이 낮아진다. 필름은 불투명하게 변한다. 필름을 늘였다 줄였다 하면서 가시광선 투과율을 16%에서 최대 90%까지 조절할 수 있다.

1만 번 가량 반복적으로 굽히거나 뒤틀리게 해도 필름은 변형되지 않았고 70도 이상의 환경에서도 효과적으로 작동했다. 외부 전원을 설치할 필요가 없어 에너지도 절약된다. 온도와 투명도를 조절하는 스마트 윈도 기술이 건물의 창문 뿐 아니라 자동차 유리, 빔 프로젝터 스크린 등에 적용될 수 있을 것으로 보인다.


습도에 따라 색깔이 바뀌는 스마트 윈도 기술 연구성과가 실린 ‘어드밴스드 옵티컬 머터리얼스’ 표지. 어드밴스드 옵티컬 머터리얼스 홈페이지 캡처

날씨·미세먼지 알려주는 창문

주변 환경에 따라 창문의 색이 바뀌는 기술이 등장했다. 노준석 포항공대(포스텍) 기계공학과·화학과 교수 등 국내 연구팀이 주변 수분량에 따라 색이 변하는 스마트 윈도 기술을 최근 개발했다. 연구진이 개발한 수분센서를 창문에 장착하면 맑은 날에는 어둡게, 흐린 날에는 밝게 창문의 색이 바뀐다. 센서는 빛에너지를 통해 스스로 발전이 가능해 외부로부터의 전력 공급이 필요 없다. 원자력발전로 등 사람이 가까이 다가가기 어려운 곳에서 활용될 수 있는 스마트 윈도다.

미세먼지 농도에 따라 색이 바뀌는 스마트 윈도도 개발 중이다. 미세먼지 등 유해물질이 닿으면 색이 변하는 스마트 윈도를 부산대 산학협력단과 국내의 한 창호 기업이 선보일 예정. 오진우 부산대 나노에너지공학과 교수팀은 특정 물질에 반응해 색이 변하는 컬러 센서를 지난 2017년 개발해 화제를 모았다. 이 센서를 창문에 탑재하면 실내에서 미세먼지 농도를 한 눈에 확인할 수 있게 될 것이라고 부산대 산학협력단은 설명했다.​

▶어린이동아 장진희 기자 cjh0629@donga.com

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