일본 나고야대학교(名古屋大學)의 오사다 미노루(長田實) 교수 연구팀은 근적외선을 50% 정도 반사하는 박막 시트를 개발했다. 가시광선은 투과시키는 한편, 태양광의 열원이 되는 근적외선만을 기존 대비 2배 이상 차폐할 수 있다.

건축물과 자동차의 창문 소재로 응용하면 냉난방 효과를 향상시킬 수 있다. 소재 메이커와 연계하여 실용화를 위한 개발을 추진하고 있으며, 안정성과 내구성 테스트 등을 거쳐 5년 후에 제품화를 목표로 한다.

▲ 나고야대학교가 개발한 산화 텅스텐을 사용한 나고야대학교가 개발한 나노시트가 포함된 콜로이드 용액.
나노시트는 두께 3nm 정도(원자간력 현미경 이미지)

근적외선을 차폐하는 소재로는 산화 인듐(Indium)에 주석을 첨가한 것 등이 사용되고 있다. 다만 희소금속인 인듐의 조달 문제와 근적외선의 차폐율을 높이면 가시광선 투과율이 저하된다는 등의 문제가 있었다.

연구팀이 개발한 시트는 두께가 약 3nm인 세슘 원자를 포함한 산화 텅스텐의 박막이 스무겹 정도 겹쳐진 필름형으로 되어 있다. 근적외선을 53% 반사하는 한편, 가시광선은 71%투과한다. 오사다 교수는 “반사성능과 투명도를 모두 양립할 수 있었던 것은 아마도 세계 최초 일 것”이라고 설명한다.

제작한 시트를 검은 옷에 부착하고 한여름 무더위 속에서 태양광에 10분 정도 노출하는 실험을 진행했다. 서모그래피로 온도 상승을 확인한 결과,아무런 처리를 하지 않은 석영 기판을 부착한 경우에는 옷의 표면 온도가 43℃가 되었다. 개발한 시트를 부착한 경우 27℃로 온도 상승을 16℃ 정도 억제할 수 있음을 확인했다.

개발한 시트는 독자적으로 개발한 “고속 액상 박막 제조법”을 사용해서 실현했다. 세슘 원자를 포함한 산화 텅스텐의 박막이 분산하는 콜로이드 수용액을 기판에 한 방울씩 떨어뜨려서 흡인하는 작업을 반복함으로써 박막을 빈틈없이 깔아서 필름 형태로 성형할 수 있다.

오사다 교수는 개발 단계이기 때문에 이번 시트의 제품 가격은 현재 단계에서는 알 수 없다고 언급했다. 다만 산화 텅스텐은 원료를 입수하기 쉽고 글래스 등에 도포하는 것만으로 효과를 발휘할 수 있다. 제작법도 간단하기 때문에 기존 제품보다 제조비용을 절감할 수 있을 것으로 보고 있다.

국제에너지기구(IEA)의 2018년 보고서에 따르면, 에어컨이나 선풍기 등 공조 관련은 전세계 전력 사용량의 10%를 차지하고 있다. 2050년까지 에너지 수요가 3배로 늘어날 것이라고 예측하고 있다.

공조 기기도 인버터 탑재 등을 통해 에너지를 절약하고 있다. 다만, 다만 건물의 단열성 향상과 창문 소재의 개량도 에너지 소비의 억제로 이어진다.이와 같은 관점에서 신규 개발한 시트의 수요는 높을 것으로 보고 있다.

오사다 교수는 “투명도와 반사율을 모두 실현함으로써 시야 확보가 중요한 자동차나 건물