국립공주대학교(총장 임경호) 신소재공학과 송성호 교수 연구팀은 Wood의 굴절률 조절을 통해 높은 투명도를 지닌 Wood를 제조하였고, Polymer Dispersed Liquid Crystal 적용하여 고강성, 자외선 차단 및 온도에 따른 투명도 조절 가능한 웨어러블 능동형 스마트 윈도우 개발하고 열변색 상전이 메커니즘 규명했다.

에너지 고갈 및 기후 변화 등의 문제로 인해 세계 각국은 친환경적이며 지속 가능한 에너지 시대를 위해 관련 에너지 절감을 위한 스마트 윈도우 (smart windows) 연구적 관심이 증가하고 있다. 그러나 지금까지 스마트 윈도우는 석유화학 물질인 유리를 기반으로 하고 있으며, 단단하면서 깨지기 쉬운 단점을 가지고 있다.

본 연구팀은 무한한 태양광을 활용하여 Wood의 친환경 소재를 적용하여 다(多)기능성 능동형 열변색 스마트 윈도우를 개발하였다. 일반 Wood의 Lignin을 제거하고 NOA63의 UV curable polymer를 Wood에 주입하여 굴절률 조절을 통해 높은 투명도를 지닌 투명 Wood를 제조하였다. Wood 표면의 기능기화를 통해 NOA63과의 interaction 향상을 통해 높은 강성 (2.8 GPa)을 확보하였고, Polymer dispersed liquid crystal (PDLC; 8CB)을 적용하여 투명도를 제어하였다. 또한 자외선(320 ~ 400 nm)을 완전히 차단하고, 우수한 단열 (0.197W/mK) 특성을 지닌 능동형 열변색 능동형 스마트 Wood를 성공적으로 개발하였다.

PDLC 적용 투명 Wood는 상온에서 가시광 (550 nm)에서 28% 투과율을 보이며, 40℃ 이상에서 78% 높은 투과율 특성을 확인하였으며, 더 나아가 온도에 따른 상전이 PDLC의 변화를 In-situ로 관찰하여 상전이 메커니즘을 규명하였다.

또한 웨어러블 PDLC 적용 투명 Wood 하이브리드 필름 제조를 통해 인체 온도를 추적할 수 있도록 하여 웨어러블 온도센서 성능의 응용을 진행하여 적응형 에너지 자율형 차세대 웨어러블 기기에 적용을 확인하였다.

향후 본 연구는 피부보호 (자외선차단), 쾌적한 실내온도(단열성능), 사생활보호(열변색소자) 고강성 차세대 에너지 효율 건물의 적용이 가능할 것으로 보인다.

□ 이 연구성과는 Springer가 발행하는 MATERIALS SCIENCE, COMPOSITES 분야 JCI 상위 1.4 % 최상위 국제 학술지 Advanced Composites and Hybrid Materials (Impact factor: 23.2)에 게재됐다. (논문명: Polymer dispersed liquid crystals-impregnated switchable thermochromic transparent woods with excellent ultraviolet blocking performance for smart windows)

원문출처: Advanced Composites and Hybrid Materials (2025) 8:393, https://doi.org/10.1007/s42114-025-01481-0