KAIST 제공

늘어났다가 줄어드는 것만으로 가시광선 투과를 최대 74%까지 자유롭게 조절할 수 있는 새로운 광학 필름이 개발됐다.

전석우 KAIST 신소재공학과 교수와 신종화 교수, 홍정욱 건설및환경공학과 교수 공동연구팀은 3차원 나노 복합체를 이용해 가시광 투과욜 조정이 가능한 능동형 광학 필름을 개발했다고 14일 밝혔다.

광학 변조는 물체에 전기나 열, 빛과 같은 자극을 가해 물체의 광학 특성을 바꾸는 기술이다. 전기나 열은 반응속도가 느리고 안정성도 떨어져 선글라스나 광고판 같은 제한적인 분야에만 쓰여 왔다. 반면 늘어나고 줄어드는 신축성을 이용한 광학 변조는 적은 에너지로 투과율을 손쉽게 조절할 수 있다. 신축 광학 변조는 표면에 광산란을 일으켜 빛이 통과하지 못하게 하는데 주로 2차원 표면 구조에 의존해 투과율 범위 변화가 낮았다. 구조를 규칙적으로 배치하기도 어려워 넓은 면적에 이를 구현하기도 쉽지 않았다.

연구팀은 3차원 나노구조를 제작하는 근접장 나노패터닝(PnP) 기술과 원자층 증착법(ALD)을 이용해 주기적인 3차원 나노쉘 구조의 알루미나가 탄성중합체 속에 들어간 3차원 나노복합체 필름을 만들었다. 그 결과 가로세로 4.8cm 크기의 광학 변조 필름을 제작하는 데 성공했다. 연구팀은 “이 크기는 3차원 나노복합체 필름 중에서도 대면적으로 꼽힌다”고 설명했다.

연구팀이 개발한 광학 필름의 모습이다. 광학 필름을 잡아당기면 빛의 산란이 일어나며 가시광선을 투과하지 않게 된다. KAIST 제공

광학 필름을 60% 당겨 늘리면 산화물과 탄성중합체 경계면에서 생기는 여러 작은 구멍에서 빛의 산란 현상이 일어난다. 연구팀은 이를 이용해 가시광 투과율을 90%에서 16%까지 떨어트렸다. 연구팀은 “1만 회에 걸친 반복 구동 시험과 거친 변형에서도 내구성이 확인됐다”며 “경계면에서 발생하는 광 산란 현상 메커니즘도 해석하는 데 성공했다”고 설명했다.

전 교수는 “기존 창호 시스템 교체 없이도 간단한 얇은 필름 형태로 유리 표면에 붙여 투과율 조절이 가능한 에너지 절감형 스마트 윈도우로 활용가능하다”며 “두루마리 타입의 빔프로젝터 스크린에 응용하는 등 폭넓은 응용이 가능할 것”이라고 말했다.

연구결과는 지난달 26일 국제학술지 ‘어드밴스드 사이언스’에 실렸다.