이번 연구성과게 게재된 국제학술지 ‘어드밴스드 옵티컬 머터리얼즈’ 표지.[포스텍 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 햇빛의 강도에 따라 자동으로 창문의 색이 변해 실내로 들어오는 햇빛의 양을 조절할 수 있는 스마트 윈도우는 여름철 가시광선 투과를 차단하여 냉방비용을 줄일 수 있는 기술로 기대를 모으고 있다. 전기가 필요 없이 주변의 수분량에 따라 색이 변하는 스마트 윈도우의 원천기술이 개발됐다.

포항공과대학교(POSTECH)는 기계공학과·화학공학과 노준석 교수, KAIST 기계과 박인규 교수 공동연구팀이 가변형 컬러 필터를 개발하고, 태양전지와 결합시켜 자가발전 수분센서를 구현하는데 성공했다고 26일 밝혔다.

연구팀은 키토산 하이드로겔을 금속-하이드로겔-금속 형태로 제작할 경우, 주변 습도에 따라 실시간으로 투과되는 빛의 공진 파장이 변한다는 사실을 발견했다. 키토산 하이드로겔이 주변의 습도 변화에 따라 팽창과 수축을 반복하기 때문이다.

이에 외부습도에 따라 공진 파장이 변하는 금속-하이드로겔-금속 구조를 이용한 ‘수분 가변형 파장필터’를 태양전지와 결합, 빛에너지를 자가전력으로 전환할 수 있는 ‘수분 센서’를 개발했다.

설계 원리는 필터의 공진파장을 태양전지의 흡수도가 급격하게 변하는 파장대와 겹치도록 하는 것이다. 이 필터는 수분량에 따라 태양전지의 빛 흡수량이 변하고, 이 변화에 따라 전류변화로 이어져 주변 습도를 감지 할 수 있도록 설계됐다.

이번에 개발된 센서는 기존 광학 습도센서와는 다르게 자연광, LED, 실내등 빛의 종류와 관계없이 작동했다. 또한 외부 전원이 필요 없을 뿐만 아니라, 필터의 색 변화에 따라 습도를 예측할 수 있다.

노준석 교수는 “이 기술은 전원을 공급할 수 없고, 원자력발전로와 같이 사람의 손이 닿기 어려운 곳에서 사용될 수 있는 센싱기술”이라며 “외부습도를 감지해 작동하는 수분센서나, 습도에 따라 색을 바꾸는 스마트 윈도우 등 IoT 기술과 결합이 된다면 더 큰 시너지를 낼 것”이라고 말했다.

이번 연구성과는 나노·광학분야 국제학술지 ‘어드밴스드 옵티컬 머터리얼즈’ 최신판 표지논문으로 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com