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동향 기본정보
스마트 윈도우 에너지 효율을 향상시키는 나노 입자
동향 개요
| 기관명 | NDSL |
|---|---|
| 작성자 | KISTI 미리안 글로벌동향브리핑 |
| 작성일자 | 2018-09-08 00:00:00.000 |
| 내용 | 미국 건물은 비효율적인 창문을 통해 에너지의 약 30 %를 누출하여 매년 420 억 달러의 비용이 든다. 그러나 에너지 효율이 높은 '스마트 윈도우'를 경제적으로 제조할 수 있는 바나듐 이산화물 나노 입자를 합성하기 위한 특허를 가진 새로운 공정을 미국 미 에너지 부 (DOE) 아르곤 국립 연구소 (Argonne National Laboratory)가 성공적으로 상용화하면 변화가 시작될 수 있다. 경제적인 방법으로 나노 입자를 신속하게 제조하고 시장에 출시할 수 있는 지속적인 프로세스를 개발할 필요가 있다. 열 변색성 스마트 윈도우는 겨울철 적외선 에너지를 자동으로 통과시켜 건물을 따뜻하게 유지하고 여름에는 적외선 에너지를 차단하여 차갑게 유지한다. 나노 입자 기반의 바나듐 이산화물 박막은 고온 및 저온에서 약 2 배의 태양 변조 값을 갖는다. 태양 모듈레이션은 바나듐 이산화물이 저온 및 고온에서 제어할 수 있는 태양 에너지의 양이다. 또한, 물질은 스위치형의 신속성으로 작용하여 적외선 차단에서 마이크로 또는 나노 초 단위의 통과로 전환한다. 열 변색성 기술은 수십 년 동안 산업적 관심을 불러 일으켰지만 높은 비용과 제한된 성능으로 인해 틈새 제품이었다. 문제는 스마트 윈도우를 위한 최고의 성능을 가진 물질이 나노 입자 형태의 바나듐 이산화물이라는 것이다. 그러나 지금까지 아무도 상용화를 지원하기에 충분한 양으로 나노 입자 형태를 저렴하게 생산하는 방법을 알지 못했다. 연속 흐름 처리 (Continuous flow processing)는 유럽에서 점점 더 많이 사용되는 기술로 공정 및 에너지 효율은 물론 재료 성능을 향상시킨다. 또한 잠재적으로 위험한 고온 및 고압 조건이 필요 없기 때문에 기존 배치 제조 공정에 값 비싼 안전 조치를 취해야 한다. 배치 (batch) 생산 공정은 2 ~ 3 일이 소요되며 수동 원료 투입 및 추출이 필요하다. 그러나 개발된 방법은 단 몇 분만에 반응하는 고온을 포함하는 연속 흐름 프로세스이다. 또한 보다 균일한 크기의 나노 입자를 생성하여 재료의 에너지 효율을 향상시킨다. 재료가 합성되는 탁상형 크기의 장치인 다중 마이크로 리액터를 네트워킹하여 출력량을 간단히 늘릴 수 있다. 나노 입자를 사용하면 성능이 향상되고 연구팀이 발명한 연속 흐름 프로세스로 인해 제조 비용이 절감되므로 창 제조업체가 고려해야 할 기술이다. 더 중요한 것은 제조 공정 자체가 나노 입자 제조가 필요한 모든 종류의 다른 물질에 적용 가능하다는 것이다. 통상적인 열 변색성 필름은 원소가 도핑된 나노 입자로 제조된 것보다 훨씬 높은 온도에서 반응하는 규칙적인 바나듐 이산화물 물질을 포함한다. 기존 창문은 적외선 열을 차단하기 전에 화씨 154도에 도달해야 한다. 텅스텐을 포함하는 바나듐 디옥사이드 나노 입자를 함유한 윈도우는 화씨 77도에서 임계 전이 온도를 달성한다. 나노 입자가 포함된 창은 기존의 것과 달리 에너지 효율을 높이기 위해 색조를 필요로 하지 않는다. 또한, 개발된 연속 흐름 처리 기술로 인해 기존 방법보다 5 배 이상 저렴한 나노 입자를 제조할 수 있다. 스마트 윈도우 시장은 2014 년에 10 억 달러에 달하며 2021 년까지 약 30 억 달러에 이를 것으로 예상된다. 기존의 에너지 절약 창 기술은 비효율적이거나 비용이 많이 들었다. 신흥 기술에 대한 독립적 연구를 수행하는 자문 회사인 럭스 리서치 (Lux Research)에 따르면 감열 창은 2020 년까지 이 시장의 2/3를 차지할 수 있다고 한다. 바나듐 이산화물 열 변색 기술을 더욱 발전시키기 위해 연구팀은 입자 크기를 100 나노 미터에서 15 나노 미터 또는 20 나노 미터로 줄이려고 한다. 작은 입자는 큰 입자보다 두 가지 장점을 제공한다. 하나는 빛을 덜 산란시켜 창 필름을 더 투명하게 만든다. 또한 적외선 열을 더 잘 변조하여 에너지 효율을 높일 것이다. 바나듐 이산화물 나노 입자는 국방 응용에 적합할 수 있다. 이 물질은 방사 기술로서 실내 진동을 측정하는데 사용되는 적외선 빔을 잠재적으로 스크램블 (scramble)할 수 있다. 추가 연구 및 개발을 통해 이 재료는 레이저 무기에 비행기나 다른 차량들의 보호 기능을 제공할 수도 있다. |
| 출처 | |
| 원문URL | http://click.ndsl.kr/servlet/OpenAPIDetailView?keyValue=03553784&target=TREND&cn=GTB2018004485 |
| 첨부파일 |
추가정보
| 과학기술표준분류 | |
|---|---|
| ICT 기술분류 | |
| 주제어 (키워드) | 1. 나노 입자,스마트 윈도우,바나듐 이산화물,열 변색성,연속 흐름 프로세스 2. nanoparticle,smart window,vanadium dioxide,thermochromic,continuous flow process |