전북대, 전기로 색과 투과도 바꾸는 차세대 스마트 윈도우 개발

정광운 교수팀, 파이(π) 확장 바이올로겐 기반 전기변색 물질 합성…‘Advanced Materials’ 표지논문 선정

전북대학교(총장 양오봉) 공과대학 고분자나노공학과 정광운 교수 연구팀이 전기 신호만으로 빛의 색상과 투과도를 자유롭게 조절할 수 있는 차세대 스마트 윈도우 소재를 개발했다. 이번 연구는 에너지 절감형 광학 기술의 핵심 돌파구로 평가받으며, 재료화학 분야 세계적 학술지 『Advanced Materials』(IF 26.8, 상위 2.3%) 10월 9일자 표지논문으로 선정됐다.

정 교수팀은 ‘파이(π) 확장 바이올로겐(π-extended viologen)’ 구조를 기반으로 한 새로운 전기변색(electrochromic) 물질을 합성했다. 전기변색 소재는 외부에서 인가되는 전압에 따라 산화·환원 반응을 일으켜 색상과 투명도를 바꿀 수 있는 기능성 재료로, 건물·자동차·전자 디스플레이·보안 광학장치 등에서 에너지 절감형 창호로 활용될 수 있다. 연구팀은 분자 구조를 정밀 설계해 나노 수준에서의 배열 제어 기술을 적용함으로써, 빛의 편광을 이용한 선택적 투과도 조절까지 구현했다. 이를 통해 단순히 색이 변하는 수준을 넘어 투명–반투명–유색 상태를 자유롭게 오갈 수 있는 고기능 스마트 윈도우 제작이 가능해졌다.

연구팀은 새로 합성한 전기변색 소재가 5V 이하의 낮은 구동 전압으로 작동하며, 세 가지 색상을 선택적으로 구현할 수 있음을 실험으로 입증했다. 또한 광중합 기반 제조공정을 도입해 열적·기계적·화학적 안정성을 크게 향상시켰다. 이로써 기존 전기변색 소재의 내구성 한계를 극복하며 상용화 수준의 성능을 확보했다. 실제 실험에서도 반복 구동 시 색 변화의 선명도와 응답 속도가 일정하게 유지돼 장시간 안정적인 작동이 가능함이 확인됐다. 이번 연구를 주도한 팜후후안(Pham Huu Huan) 박사과정생은 “바이올로겐 기반 전기변색 스마트 윈도우는 기존보다 훨씬 적은 전력으로 작동하며, 소재의 안정성도 크게 향상됐다”며 “이 기술은 건축물의 에너지 절감 창호나 전자 디스플레이, 보안 광학 시스템 등 다양한 산업 분야에서 상용화될 가능성이 높다”고 밝혔다.

정광운 교수는 “이번 연구는 전기적 제어만으로 색상과 투과율을 동시에 조절할 수 있는 전기변색 소재의 새로운 가능성을 제시한 것”이라며 “환경 친화적 에너지 절감 시스템, 스마트 건축소재, 차세대 광학보안 기술에 폭넓게 적용될 수 있을 것”이라고 말했다. 연구팀은 향후 색상 표현 범위를 확장하고, 반응 속도와 내구성을 높이는 후속 연구를 진행해 상용화 수준의 전기변색 필름과 창호 개발로 이어갈 계획이다.

이번 연구는 한국연구재단 기초연구실지원사업(BRL), 중견연구자지원사업, 미래소재디스커버리사업, 교육부 4단계 BK21(두뇌한국21) 사업의 지원으로 수행됐다. 전북대는 이번 성과를 통해 나노소재·광학·에너지 분야 융합연구의 국제 경쟁력을 한층 강화하게 됐다.

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