포항공대·KAIST 공동 연구팀, 주변 습도따라 빛깔 변하는 자가발전 수분센서 개발
국내 연구팀이 외부의 전력 공급 없이 주변의 수분량에 따라 색이 변하는 스마트윈도우의 원천기술을 개발했다.
노준석 포항공대(POSTECH) 기계공학·화학공학과 교수와 박인규 한국과학기술원(KAIST) 기계과 교수 공동 연구팀은 ‘키토산 하이드로겔’ 물질로 만든 필터를 태양전지와 결합해 자가발전 수분센서를 구현하는 데 성공했다고 26일 밝혔다.
스마트윈도우는 빛에 반응하는 광학센서를 이용해 실내로 들어오는 빛의 양을 조절해준다. 맑은 날에는 빛 투과율을 낮춰 빛이 덜 들어오게, 흐린 날에는 빛이 더 들어오게 한다. 하지만 광학센서 작동을 위해서는 별도의 전력이 소모된다.
공동 연구팀은 키토산 하이드로겔이라는 물질을 금속과 금속 사이에 배치한 구조를 만들면 주변 습도에 따라 투과되는 빛의 색을 실시간으로 바꾼다는 것을 발견했다. 키토산 하이드로겔이 주변 습도 변화에 따라 부피의 팽창과 수축을 반복하면서 빛의 파장을 바꾸기 때문에 나타나는 현상이다.
연구팀은 이를 태양전지와 결합해 수분센서를 개발했다. 수분센서를 스마트윈도우에 활용하면 주변 습도에 따라 맑은 날에는 어둡게, 흐린 날에는 밝게 창문의 색을 바꿀 수 있다. 또 이 센서에는 빛에너지를 통해 자가발전하는 기능이 있어 외부에서 따로 전력을 공급할 필요가 없다.
노 교수는 "이 기술은 전원을 공급할 수 없고 원자로와 같이 사람의 손이 닿기 어려운 곳에서 사용될 수 있는 센싱 기술"이라며 "습도에 따라 색을 바꾸는 스마트윈도우 등 사물인터넷(IoT) 기술과 결합하면 더 큰 시너지를 낼 것"이라고 했다.
이번 연구성과는 나노·광학 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 옵티컬 머터리얼즈(Advanced Optical Materials)’ 최신호의 표지논문으로 게재됐다.