KIMS 해외단신 151호 (2012.12.14)

태양광으로 착색, 전기로 투명해지는 소재

   일본 환경비즈니스 온라인 2012년 12월 11일자 기사에서는 일본 나라첨단과학기술대학원대학의 연구팀이 태양광으로 착색되고 전기를 흘려주면 다시 투명해지는 소재를 개발하는데 성공했다고 밝혔다.

   다음은 관련기사에서 발췌, 번역한 내용이다.

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   나라첨단과학기술대학원대학은 전기를 흘려주면 이론적 전류효율(100%)보다 20배 이상 높은 효율로 색을 제거하는 일렉트로크로믹분자의 개발에 성공했다. 이 소재는 빛으로 착색되고 전기로 투명해지는 것이 가능해 빛의 양을 조절하는 빌딩 및 자동차의 조광 기능창(스마트 윈도우) 재료로 이용하면 기존보다 10배 이상 에너지를 절약할 수 있게 된다.

   햇빛의 상태에 따라 빛의 투과율을 변화시켜 빛을 받아들이는 양을 조절하는 조광 기능재료는 스마트윈도우를 이용한 냉방효율 향상 등 에너지 절약기술로의 응용이 가능하다. 이와 같이 조광 기능을 가진 재료로 빛에 노출되면 색이 변화하는 것으로 포토크로믹분자가 있다. 포토크로믹분자는 서로 다른 파장(색)의 빛에 반응해 분자구조 및 색이 가역으로 변화하는 분자로 빛에 의한 변색현상은 포토크로미즘이라고 불린다. 썬글라스 등에서는 자외선을 포함하는 태양광선에 노출되면 착색되고 실내에서는 자동으로 색이 사라지는 포토크로믹색소가 사용되고 있다.

   기존의 스마트윈도우에서는 순방향 전류로 착색, 역방향 전류로 색이 사라지는 일렉트로크로믹형의 분자가 빌딩의 외부 창문, 자동차의 썬루프, 비행기의 창 등 분야로의 응용이 가능했다. 하지만 착색을 할 때나 색을 사라지게 할 때 모두 전력이 필요해 전류효율을 개선해야만 하는 과제를 안고 있었다.

   이번 개발의 힌트가 된 것은 같은 대학의 연구팀이 20년 전에 발견한 현상으로, 빛으로 착색하는 포토크로믹분자에서도 전기를 통해 색을 지우는 것이 가능한 분자가 있다는 사실이었다. 그러한 사실에 힌트를 얻어 분자에 전기화학반응이 일어나기 쉽도록 하는 방법을 생각했다. 그 결과 새로운 분자에서는 빛 조사에 의해 만들어지는 착색상태를 전기로 제거하는 것이 가능해졌고 전류효율이 2000%를 웃돈다는 사실을 발견했다. 통상의 전기화학반응에서는 한 개의 전자에 한 개의 분자가 반응(효율100%)하지만 이번 연구성과에서는 한 개의 전자로 약 20여개 분자의 색을 제거하는 것이 가능하다는 점이 획기적이다.

   연구그룹에서는 이미 100% 포토크로믹 반응효율을 통해 착색하는 빛 센서 분자를 보고한바 있다. 여기에 이번에 발견한 고효율로 색이 제거되는 반응을 나타내는 일렉트로크로믹 반응을 합쳐 에너지 절약형 스마트윈도우 및 빛으로 글자 써 넣기, 전기로 제거하는 표시소자(칼라 전자 페이퍼) 등으로의 응용이 가능하다.

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