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텅스텐 염화물이 졸겔법 VO2 열변색 스마트 윈도우의 광학적 특성에 미치는 영향

전문가 제언: ○ 건물은 세계 일차 에너지 소요의 30∼40%를 점하고, 여러 구성 성분 중 창호는 열전달계수가 가장 커 건물에너지에서 차지하는 비중이 최대이다. 창호는 더운 날씨에 태양열을 흡수하거나 추운 날 큰 에너지를 잃는다. 한편 창호는 겨울에 적외선 흡수에 의한 난방에너지 절감과 여름 철 태양에너지 투과를 조절하여 냉방 수요를 줄이고 실내조명 에너지 절감, 시야 확보로 쾌적한 분위기를 만들 수 있으며, 이것이 스마트 윈도우의 꿈이다.

○ 현재 건물 에너지 효율 향상의 실용 대책으로 전 세계에서는 저방사 코팅과 아르곤 가스 충전의 복층 창호가 표준이 되었으나 고비용으로 국내 보급은 아직 10% 미만이다. 스마트 윈도우는 전기변색, 고분자분산 액정, 분극입자소자의 세 카테고리가 있다. 이들은 모두 적은 외부 전력이 필요하지만 배선 등 관리비로 고비용이다. 반투명 건물일체형 태양전지가 햇빛을 가려 태양열흡수를 막고 전기도 생산할 수 있으나 시야와 성능에 한계가 있다. 스마트 윈도우와의 통합이 연구되고 있다.

○ 열변색 스마트 윈도우는 전기가 필요 없어 유망하다. 열변색 재료 VO2를 유리창에 코팅하여 상전이 온도(임계온도) 미만(겨울; 반도체 상태)에서 태양 적외선을 투과시키고, 임계온도 이상(여름; 금속상태)에서 적외선을 반사시켜 건물의 에너지 수요를 절감한다. 본래의 VO2는 임계온도 68℃가 너무 높아 25℃ 정도로 낮추어 지고, 임계온도 상하의 태양에너지 투과도 변조(△Tsol) 및 가시광 투과도의 증대가 연구되고 있다.

○ 이 글에서 저자들은 열변색 재료 VO2에 텅스텐 염화물(WCl6)을 도핑하여 저온(30℃)에서보다 고온(90℃)에서 적외선 투과도를 더 많이 줄이는 연구를 하여 도핑 없을 때보다 감소를 20% 이상 증가시켰다. VO(acac)2 전구체 이용 졸겔법 VO2의 제조 및 용액 방식 도핑, 성막, 풀림 처리 조건에 따른 결정의 품질향상이 돋보였다. 우리나라에서도 열변색 스마트 윈도우 연구는 활발하다. 2011∼2012년 나노융합산업연구조합/조진우의 연구, 2013년∼2018년 (주)마프로/곽준영(60개 참여기관)의 연구(성과 논문 4편), 2014년∼2015년 성균관대 산학협력단/강대준의 연구 등은 일례이다.

저자: Yuankai Liu, et al.
자료유형: 니즈학술정보