한국재료硏, 국내 최초 다색 전기 변색 스마트윈도우 핵심 소재 개발

(창원=뉴스1) 강정태 기자 = 한국재료연구원(KIMS)은 하나의 소재로 노랑·초록·파랑 세 가지 색을 빠르고 안정적으로 구현하는 용액 공정 기반의 다색 전기변색 소자를 국내 최초로 개발했다고 6일 밝혔다.

이 기술은 에너지·환경재료연구본부 김소연, 임동찬 박사 연구팀이 개발했다. 스마트 윈도우와 저전력 컬러 디스플레이 상용화를 앞당길 핵심 소재 기술로 주목된다.

연구팀은 바나듐 산화물(V2O5) 나노와이어와 전기가 잘 흐르도록 돕는 전도성 고분자(PEDOT:PSS)를 결합해 노랑·초록·파랑 세 가지 색을 빠르고 안정적으로 구현하는 다색 전기변색 하이브리드 소재 기술을 개발했다.

이 기술은 바나듐 산화물이 가진 다색 구현 장점은 살리면서 낮은 전기전도성 문제를 보완해 기존 다색 전기변색 소재의 약점이던 느린 색 전환과 낮은 반복 안정성을 동시에 개선한 것이 핵심이다.

이 기술은 고가의 진공 장비 없이도 제작할 수 있다는 점에서 산업적 의미도 크다. 기존 고성능 전기변색 소자가 고가의 진공 장비에 의존했던 것과 달리 연구팀은 바 코팅과 전기분무 등 용액 공정만으로 A4 크기의 대면적 소자 제작을 입증했다.

향후 롤투롤(Roll-to-Roll) 공정과 연계하면 건축물·자동차용 스마트 윈도우, 광고·인테리어용 멀티컬러 디스플레이, 눈부심 방지 미러, 플렉서블 웨어러블 기기 등 다양한 제품을 보다 낮은 비용으로 생산할 수 있을 것으로 기대된다.

또 용액 공정 기반의 대면적 제작이 가능해 건물 외벽 일체형 에너지 절감 시스템 등 친환경 건축 분야로도 확장 가능하다.

재료연은 이번 성과가 고성능 전기변색 소재의 해외 의존도가 높은 상황에서 소재 국산화에 따른 수입 대체 효과는 물론 다색 구현·빠른 응답속도·대면적 양산성의 차별화된 기술로 향후 해외 시장 진출과 수출 경쟁력 확보에도 기여할 것으로 전망한다.

김소연 KIMS 책임연구원은 "이번에 개발한 소재는 노랑·초록·파랑 세 가지 색을 자유롭게 구현할 수 있어 건축물·자동차용 스마트 윈도우는 물론 멀티컬러 디스플레이와 플렉서블 웨어러블 기기 등 다양한 분야의 제품 경쟁력을 높일 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구 성과는 과학기술정보통신부 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 화학공학 분야의 세계적 학술지인 케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal, IF 12.5)에 온라인 게재됐다.

연구팀은 현재 풀컬러 구현을 위한 발색 소재 조합 확장 연구와 롤투롤 공정 기반 대면적 양산화 연구 등 후속 연구를 이어가고 있다.

롤투롤 공정은 롤 형태의 유연한 기판을 연속적으로 풀면서 코팅하거나 인쇄하는 양산 공정이다. 대면적·대량 생산이 가능해 제조 단가를 낮출 수 있다.

jz1@news1.kr