이길주 교수팀, ‘색상 조절·무전력 열 관리 유리’ 개발… 건축·차량 외장재 시장 새 지평

색을 바꾸고 열도 다스리는 ‘스마트 유리’의 등장

부산대학교(총장 최재원) 전기전자공학부 이길주 교수팀과 한국세라믹기술원 김영재 박사 연구팀이 공동으로, 전력 공급 없이도 색상과 열을 조절할 수 있는 스마트 유리를 개발했다. 이 유리는 복사 냉각 또는 광열 가열을 선택적으로 구현하며, 관찰 각도에 관계없이 균일한 색상 유지가 가능한 구조로 설계되어 건축 및 차량 외장재 등 다양한 응용 분야에서 주목받고 있다.

이번 연구 성과는 재료과학 분야 국제저널 『Advanced Science』 6월 10일자 온라인판에 게재됐다. 논문명은 Color-Tunable Glass for Adaptable Thermal Management Based on Silver Phase Change이다.

연구진은 금속–절연체–금속(MIM) 구조에 기반하여, 은(Ag)의 탈습(脫濕) 현상과 플라즈몬 공진 효과를 활용해 가시광 및 장파 적외선 대역에서의 광학 특성을 정밀하게 조절할 수 있도록 설계했다. 이로써 유리의 색상(시안, 마젠타, 옐로우 등)을 감산혼합 방식으로 표현하면서도, 외부 전력이나 기계적 장치 없이 열을 흡수하거나 방출하는 기능을 구현했다.

특히 상·하부에 위치한 은층은 각기 다른 방식으로 광학 응답에 기여한다. 상부 은층은 가시광 반사율을 조절해 색상 변화를 유도하고, 하부 은층은 장적외선 대역에서 반사를 조절해 복사 냉각 효과를 낸다. 연구팀은 이를 효과매질이론(EMT) 기반 광학 시뮬레이션으로 이론적으로도 입증했다.

각도 불변 색상 구현 – 균일한 시각 품질

일반적으로 구조색 기반 유리는 시야각에 따라 색이 달라 보이는 문제가 있다. 그러나 연구팀은 무작위 분포된 은 나노입자 배열을 통해 시야각과 무관하게 동일한 색상을 구현하는 데 성공했다. 이로써 조명 환경이나 관찰 조건에 상관없이 일관된 시각적 품질을 유지할 수 있다.

이는 차량용 윈드실드, 건축물 외장 유리, 태양광 패널 보호층 등 고온·고광 조건에서 색상 안정성과 열 제어 기능이 동시에 요구되는 환경에 적합하다.

공동 제1저자인 홍미진 박사과정생(부산대)과 김선경 연구원(한국세라믹기술원)은 “전력 소비 없이 능동적으로 반응하는 스마트 유리는 차세대 패시브 건축 소재 또는 에너지 효율형 모빌리티 소재로 확장 가능성이 높다”고 밝혔다.

이길주 교수는 “은의 상변화 메커니즘을 기반으로, 열역학적 안정성과 시각적 응답을 동시에 제어하는 기술은 스마트 소재의 상용화를 앞당길 수 있는 핵심 기반”이라며, 후속 연구를 통해 대면적 공정 및 상용화 기술을 개발할 계획임을 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단의 지원과 부산대 BK21 FOUR 대학원혁신사업의 일환으로 수행됐다.

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