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일본 도호쿠대학, 메타물질로 5G/6G 투과 가능 차열 윈도 개발

작성일
2023-12-01
조회수
585

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일본 도호쿠대학교대학원(東北大學大學院) 공학연구과 카나모리 요시아키(金森義明) 교수 연구팀은 가시광선 파장과 5G/6G 통신대역의 전파를 투과하면서 건물 실내와 차량 실내의 온도를 높이는 요인이 되는 근적외선은 반사하는 차열 윈도를 개발했다.

지난 10월 16일에 성과를 발표했다. 가시광선, 5G/6G 통신대역의 전파, 근적외선이라는 서로 다른 세가지 전자파의 반사 및 투과의 제어를 통해 통신 환경을 유지하면서 에어 컨디셔너 등의 소비전력 억제를 기대할 수 있다.

▲ (그림1) 도호쿠대학교 연구팀이 개발한 투명한 차열 윈도 이용 이미지.
가시광선 파장과 5G/6G 통신대역의 파장은 투과하지만 대기의 온도를 높이는 근적외선은 반사한다.

지구온난화로 인해 평균기온은 매년 상승하고 있으며, 전력의 소비량 확대와 열사병 발병 증가 등 큰 사회문제를 야기하고 있다. 그 해결책 중 하나로 차열 효과가 있는 글래스가 개발되고 있으나, 일반적인 차열 글래스는 5G/6G 통신 대역의 전차도 차단해버리기 때문에 스마트폰 등이 연결되지 않는다는 문제점이 있었다.

연구팀이 개발한 것은 나노미터 크기의 주기 구조로 구성되는 알루미늄제 차열 메타물질(Meta-material)이다. 3.3×4.0cm의 석영 글래스 기판 위에 알루미늄을 사용한 십자 패턴의 메타물질 단위 구조를, 460nm 주기로 2차원 주기 형태로 형성했다.

▲ (그림2) 차열 메타물질과 단위 구조.
차열 메타물질의 주사 전자현미경 사진(왼쪽)과 단위 구조의 원자력 현미경 사진(오른쪽).

실험에서는 차열 메타물질에 대해, 가시광선 파장부터 근적외선 파장의 영역의 반사율 특성과 6G 통신대역의 투과율 특성을 측정한다. 파장이 약 1.1㎛인 근적외선(주파수 약 273THz)의 경우 반사율이 80% 이상임을 확인했다.

한편 6G 통신에서의 이용이 기대되는 0.2~0.3THz 근처의 주파수에서는 80% 정도의 높은 투과율을 얻을 수 있었다. 5G 통신에 할당되어 있는 28GHz 대역의 주파수에서도 80% 정도의 투과율을 보였다.

연구팀은 “건설자재나 자동차 차열 윈도에 응용하면 건물 실내나 차량 실내의 온도 상승으로 인한 열사병 발병, 여름철 전력 수급 문제 등에 대응할 수 있을 것”이라고 설명했다.

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