노트르담대학교 연구진은 태양의 각도에 상관없이 열을 발생시키는 자외선과 적외선을 차단하고 가시광선을 허용하는 새로운 창문 코팅을 개발했다. (제공: 노트르담)

창문은 실내 공간에 빛을 환영하지만 원치 않는 열을 가져오기도 한다. 새로운 코팅은 기존 창문이나 자동차에 통합될 수 있으며 더운 기후에서 에어컨 냉각 비용을 1/3 이상 줄일 수 있다.

"햇빛과 창문 사이의 각도는 항상 변한다."라고 노트르담 대학교의 에너지 연구 교수이자 Cell Reports Physical Science에 발표된 연구의 주요 저자인 텡페이 루오(Tengfei Luo)는 말한다. "우리 코팅은 하늘에서 태양의 위치에 상관없이 기능성과 효율성을 유지한다."

최근 많은 연구에서 사용되는 창 코팅은 90도 각도로 실내로 들어오는 빛에 최적화되어 있다. 그러나 하루 중 가장 더운 시간인 정오에는 태양 광선이 비스듬한 각도로 수직으로 설치된 창문으로 들어온다.

루오와 그의 박사후 연구원 김성민은 이전에 유리 베이스에 실리카, 알루미나, 산화티타늄의 초박층을 쌓아 투명 창 코팅을 제작했다. 그들은 대기 창을 통해 외부 공간으로 열복사를 반사시켜 구조의 냉각 능력을 향상시키기 위해 마이크로미터 두께의 실리콘 폴리머를 추가했다.

코팅이 다양한 각도의 태양광을 수용할 수 있도록 하기 위해서는 층 순서의 추가적인 최적화가 필요했다. 그러나 가능한 조합의 수가 엄청나게 많기 때문에 시행착오 접근 방식은 실용적이지 않았다고 루오는 말한다.

열 발생 파장의 통과를 최소화하면서 가시광선의 투과를 최대화하는 최적의 구성으로 레이어를 섞기 위해 팀은 양자 컴퓨팅, 더 구체적으로 양자 어닐링을 사용하고 그 결과를 실험적으로 검증했다.

그들의 모델은 빛이 다양한 각도로 투과되는 경우에도 모델룸에서 투명성을 유지하고 온도를 5.4~7.2도 낮추는 코팅을 만들어 냈다.

루오는 “편광 선글라스와 마찬가지로 우리 코팅은 들어오는 빛의 강도를 줄이지만 선글라스와 달리 코팅을 다른 각도로 기울여도 선명하고 효과적인 상태를 유지한다.”라고 말한다.

이 코팅을 만들기 위해 개발된 능동 학습 및 양자 컴퓨팅 체계는 복잡한 특성을 지닌 광범위한 재료를 설계하는 데 사용될 수 있다.

출처: 노트르담