화학뉴스

국내 연구진이 신개념 스마트 윈도우용 신소재를 개발했다.
포스텍(POSTECH) 신소재공학과 이동화 교수, 이준호 박사 연구팀이 제일원리 계산을 사용해 구리(Cu)를 바탕으로 하는 페로브스카이트 물질이 상전이 온도의 조절이 쉬우면서 저온에서 높은 광 투과율을 가지는 신소재로 사용될 수 있음을 제시했다. 
스마트 윈도우는 외부 온도에 따라 광 투과율이 자발적으로 조절돼 건물의 냉난방 비용을 절감할 수 있는 친환경 기술로 주목받고 있다.
금속-절연체 상전이 물질은 스마트 윈도우를 실현하는데 적합한 물질로 높은 온도에서는 금속(낮은 투과율)으로 낮은 온도에서는 절연체(높은 투과율)로 존재하는 것으로 알려졌다.
그동안 스마트 윈도우용으로 사용해온 이산화바나듐은 상전이 온도가 너무 높고 절연체 상태에서 광 투과율이 너무 낮아 에너지 절감 효율이 낮다는 단점이 지적됐다.
스마트 윈도우에서는 상온에서 상전이가 발생해야 해 비교적 낮은 밴드 갭이 필요하지만 낮은 밴드 갭은 저온에서 광 투과율을 감소시킨다는 모순이 존재하는 것으로 파악되고 있다.
연구팀은 스핀이 분극된 밴드 갭을 가지는 물질은 선택 규칙에 의해 광 투과율에 영향을 주지 않을 것이라는 가설을 세우고 제일원리 계산을 통해 연구를 수행했다.
계산 결과 구리 기반 층상 할라이드 페로브스카이트가 스핀 분극된 밴드 갭을 가지고 있고 광 투과율에 어떠한 악영향도 주지 않음을 확인할 수 있었다. 
또 스핀 분극된 밴드 갭은 원소의 치환이나 외부 응력에 의해 손쉽게 조절이 될 수 있음을 추가적으로 확인함으로써 해당 물질의 상전이 온도 조절이 쉽게 가능하다는 것을 검증했다.
스핀 분극 밴드 갭이 스핀 선택 규칙으로 태양에너지 투과효율을 감소시키지는 않지만 금속-절연체 전환온도는 효과적으로 낮출 수 있음을 밝히며 스마트 윈도우용 소재로 제안한 최초의 연구로 평가되고 있다. 
연구는 중견연구자지원사업, 미래소재디스커버리사업, 기후변화대응기술개발사업의 지원으로 수행됐고 화학 분야 권위지인 미국 화학회지(Journal of the American Chemical Society)에 최근 게재됐다. (K)