'스마트' 유리를 향한 새로운 창

뼈를 고정하는 것부터 항균 표면을 만드는 것까지,마이클 앨런기능성과 성능이 추가된 유리를 만드는 연구원들과 대화

유리는 일상생활 어디에나 있습니다. 투명도가 높고 안정적이며 내구성이 뛰어나 간단한 창부터 최신 장치의 터치 스크린, 하이테크 센서용 광자 구성 요소에 이르기까지 다양한 응용 분야에 중요한 소재입니다.

가장 일반적인 유리는 실리카, 석회, 소다로 만들어집니다. 그러나 수세기 동안 색상이나 내열성과 같은 특성을 부여하기 위해 유리에 추가 성분이 첨가되었습니다. 그리고 연구자들은 여전히 ​​유리에 대한 연구를 진행하고 있으며, 유리에 더 많은 기능을 부여하고 특정 작업에 대한 성능을 개선하여 점점 더 첨단 기술이 필요한 유리와 "스마트" 유리라고 할 수 있는 유리를 만들고 있습니다.

스마트 소재는 정의하기 쉽지 않지만 대체로 외부 자극에 특정 방식으로 반응하도록 설계되었습니다. 유리와 관련하여 가장 확실한 "스마트" 응용 프로그램은 창문용입니다. 특히 유리를 통과하는 빛의 양을 제어하는 ​​것입니다. 이를 통해 우리는 모든 건물의 에너지 효율성을 높일 수 있습니다. 여름에는 열을 줄이고 추운 날씨에는 따뜻하게 유지할 수 있습니다.

일부 스마트 유리의 색상이나 불투명도는 재료에 전압을 가하여 변경할 수 있으며, 이를 통해 흡수 및 반사율과 같은 특정 광학 특성을 가역적인 방식으로 변경할 수 있습니다. 이러한 "전기 변색" 스마트 창문은 필요에 따라 자외선이나 적외선과 같은 특정 주파수의 빛의 투과율을 제어하거나 심지어 완전히 차단할 수도 있습니다. 이 기술의 적용은 건물뿐만 아니라 전자 디스플레이 및 착색된 자동차 창문에도 널리 적용됩니다.

실제로 전기 변색 창은 이 분야의 다른 기술보다 앞서 있으며 이미 상용화되었습니다. 그러나 잘 작동함에도 불구하고 몇 가지 명백한 단점이 있습니다. 이는 매우 복잡하고 비용이 많이 들며 오래된 건물에 개조하려면 일반적으로 새 창문, 창틀 및 전기 연결을 설치해야 합니다. 또한 자동으로 작동하지 않으므로 스위치를 켜고 꺼야 합니다.

이러한 문제 중 일부를 해결하기 위해 연구자들은 전압 대신 온도 변화에 의해 유발되는 열변색 창에 대해 연구해 왔습니다. 한 가지 큰 매력은 수동적이라는 점입니다. 일단 설치되면 사람의 입력이 필요 없이 주변 온도에 따라 속성이 변경됩니다. 이러한 열변색 창을 만드는 주요 방법은 유리에 이산화바나듐 코팅을 적용하는 것이지만(Joule 10.1016/j.joule.2018.06.018), 페로브스카이트와 같은 다른 재료도 사용할 수 있습니다(J. App. Energy254 113690). 이러한 물질은 상전이를 거쳐 온도 변화에 따라 투명해지며, 이는 다양한 조건에 맞게 조정될 수 있습니다.

이산화바나듐은 스마트 창문에 대한 많은 가능성을 보여주지만 극복해야 할 장애물도 있습니다. 강력한 흡수로 인해 이산화바나듐은 불쾌한 갈색-노란색 색조를 생성하며 환경 안정성에 대한 추가 연구가 필요합니다(Adv. Manuf.6 1). 최근 검토에서는 이러한 기술이 상당한 에너지 절약을 제공할 수 있지만 실제 환경에서의 사용과 영향에 대한 더 많은 연구가 필요하다고 제안합니다. 예를 들어 열변색성 창의 에너지 성능은 동일한 필름 유형을 사용하는 도시마다 크게 다르지만 동일한 도시에서 사용되는 다양한 필름 유형 간에는 훨씬 적은 것으로 나타났습니다(J. App. Energy255113522).

하지만 하이테크 유리는 스마트 창문으로 끝나지 않습니다. 연구원들은 유리에 특이한 금속을 더 추가하면 태양광 패널을 보호하고 효율성을 높이는 데 도움이 될 수 있다는 사실을 발견했습니다(상자: 광전지 커버 유리 개선 참조). 한편 생체 활성 유리는 뼈와 기타 조직을 재생하는 데 도움이 될 수 있으며(상자: 뼈 및 기타 조직 고정 참조), 새로운 에칭 공정을 통해 표면 코팅 없이 유리에 여러 기능을 추가할 수 있습니다(상자: 반사 방지 참조). , 자체 청소 및 항균). 그리고 전통적인 광학 유리는 아니지만 새로운 상변화 물질은 더 가볍고 더 컴팩트한 광학 시스템을 만드는 데 도움이 될 수 있습니다(상자: 빛의 비기계적 제어 참조). 마지막으로, 유리는 언젠가는 스스로 치유될 수도 있습니다(상자 참조: 불멸의 유리).