안경: 나노골드(Nanogold) 가열로 김서림 방지
- 기술 / 문광주 기자 / 2022-12-13 11:58:06
3'30" 읽기
- 얇은 금 코팅은 따뜻한 적외선을 흡수하고 응결을 방지한다.
- 금과 산화티타늄의 "샌드위치"로 되어 있다.
- 산화티타늄과 함께 코팅 두께는 10nm(나노미터)에 불과하다. 일반 금박 두께의 1/12
- 코팅은 적외선 복사선의 대부분을 흡수하므로 섭씨 8도까지 가열
- 유리, 자동차 유리창, 창문, 거울 및 광학 센서에 응용
안경을 쓴 사람들은 문제를 알고 있다. 겨울에 외부에서 난방이 되는 방으로 들어오면 갑자기 안개만 보인다. 코로나 대유행 기간 마스크를 착용하면 렌즈에 김이 서리는 경우도 종종 발생했다. 온도 차이로 인해 표면에 김이 서린다. 차가운 렌즈가 갑자기 따뜻한 공기(예: 난방 시스템 또는 뜨거운 입김에서 나오는)를 만나면 이 공기가 렌즈에서 냉각되어 결과적으로 습기를 덜 흡수할 수 있다. 과도한 수분은 응결되어 렌즈에 작은 물방울을 형성한다. 안경이 주변 온도에 도달했을 때만 이 안개가 사라진다.
김서림 방지 스프레이는 물방울 형성을 줄이기 위한 것이지만 제한된 범위에서만 도움이 된다. 결로 현상을 더 고르게 분산시킬 뿐이지 피하지는 못한다. 이제 나노카본 튜브 또는 산화주석의 가열이 가능한 층으로 작동하는 자동차 창문에 대한 예방 방법이 있다. 그러나 그들은 전원에 의존하기 때문에 안경 렌즈에 사용하기 어렵다.
김서림 방지를 위한 나노 골드 및 적외선
ETH Zurich의 Iwan Hächler가 이끄는 연구원들은 처음부터 전기 공급 없이 김서림을 방지하기 위한 새로운 방법을 고안했다. 접근 방식은 햇빛에 뜨거워지는 매우 얇고 투명한 금 코팅이다. 안경 렌즈에 적용하여 유리와 환경의 온도차를 보상해 김서림을 방지한다.
이것은 코팅의 특별한 구성으로 가능하다. 금과 산화티타늄의 "샌드위치"로 되어 있다. 작은 금 클러스터는 두 개의 웨이퍼처럼 얇은 산화티타늄 보호층 사이에 있다. 금층은 매우 효과적인 방사선 흡수제이다. 그것이 흡수하는 빛은 주로 적외선 스펙트럼에서 나오는데, 이는 사람의 눈으로는 감지할 수 없다. Hächler는 "우리의 코팅은 적외선 복사선의 대부분을 흡수하므로 섭씨 8도까지 가열된다"고 설명했다.
구름은 장애물이 아니다.
티타늄 산화물은 코팅의 가열 효과에도 중요하다. 굴절 특성 덕분에 특히 더 긴 파장의 빛이 금속층에 도달하도록 한다. "이것은 빛이 적외선 흡수를 향상시키는 금 필름과 상호 작용하는 데 소비하는 시간을 증가시킨다"고 연구원은 설명했다. 이 코팅은 적외선에 특화되어 있고 우리가 볼 수 있는 스펙트럼의 빛을 거의 흡수하지 않기 때문에 여전히 투명하게 보이며 안경 렌즈 등에 매우 적합하다.
과학자들에 따르면 김서림 방지 레이어가 제 역할을 하기 위해 반드시 직사광선이 필요한 것은 아니다. 이 효과는 하늘이 흐리거나 실내에 있을 때도 작동한다. 반대로 자동차가 외부에 주차되어 있을 때와 같이 강렬한 햇빛 아래에서 재료가 너무 많이 뜨거워질 것을 두려워할 이유가 없다. 방사선이 자동차나 건물 내부로 들어가는 것을 방지한다. 그 결과 코팅을 하지 않았을 때보다 실내 온도가 훨씬 낮아졌다.”
다양한 응용 분야
지금까지 연구팀은 실험실의 유리 표면과 "외부 세계" 조건에서 안경 렌즈에 대한 그들의 발명품을 성공적으로 테스트했다. 코팅은 코팅되지 않은 표면보다 김서림을 방지하는 데 4배 더 우수한 것으로 나타났다. Hächler와 그의 팀은 미래에 유리, 자동차 유리창, 창문, 거울 및 광학 센서를 포함한 다양한 재료에 대해 개발한 코팅을 사용하는 것을 상상할 수 있다.
개발자들은 또한 널리 사용되는 확립된 방법을 사용하여 코팅을 적용할 수 있기 때문에 그들의 발명에서 큰 잠재력을 보고 있다. 금은 진공에서 해당 표면에 단순히 증기 증착될 수 있다. 귀금속이 매우 얇게 도포되어 많이 필요하지 않기 때문에 전체적으로도 비교적 저렴하다. 산화티타늄과 함께 코팅 두께는 10nm(나노미터)에 불과하다. 일반 금박 두께의 1/12이다.
이 코팅은 "광범위한 영역에 적용되거나 기존의 다층 코팅에 통합되어 김서림 방지 기능을 추가할 가능성이 있다"고 팀은 설명했다. ETH Zurich는 이미 코팅에 대한 특허를 신청했다. 그러나 Hächler의 연구팀은 여전히 그의 발명품을 더욱 발전시키고자 하며, 예를 들어 다른 금속이 금만큼 적합한지 여부를 조사하기를 원한다.
(Nature Nanotechnology, 2022; doi: 10.1038/s41565-022-01267-1)
출처: ETH 취리히
- 얇은 금 코팅은 따뜻한 적외선을 흡수하고 응결을 방지한다.
- 금과 산화티타늄의 "샌드위치"로 되어 있다.
- 산화티타늄과 함께 코팅 두께는 10nm(나노미터)에 불과하다. 일반 금박 두께의 1/12
- 코팅은 적외선 복사선의 대부분을 흡수하므로 섭씨 8도까지 가열
- 유리, 자동차 유리창, 창문, 거울 및 광학 센서에 응용
안경: 나노골드(Nanogold) 가열로 김서림 방지
얇은 금 코팅은 따뜻한 적외선을 흡수하고 응결을 방지한다.
금으로 만든 패시브 가열:
과학자들이 유리가 김서림을 방지하는 코팅을 개발했다. 이것은 매우 얇은 금층과 산화티타늄으로 구성되어 있으며 일광의 적외선 부분에 의해 가열되어 작동한다. 유리와 주변 환경 사이의 온도 차이를 균등화하여 처음부터 김서림을 방지한다. 레이어 자체는 투명하고 두께가 10나노미터에 불과하다. 가능한 응용 분야는 안경, 자동차 창문 및 광학 센서이다.
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| ▲ 김서린 안경: 오른쪽 렌즈는 금색 코팅이 되어 있고 왼쪽은 그렇지 않다. © ETH 취리히 |
안경을 쓴 사람들은 문제를 알고 있다. 겨울에 외부에서 난방이 되는 방으로 들어오면 갑자기 안개만 보인다. 코로나 대유행 기간 마스크를 착용하면 렌즈에 김이 서리는 경우도 종종 발생했다. 온도 차이로 인해 표면에 김이 서린다. 차가운 렌즈가 갑자기 따뜻한 공기(예: 난방 시스템 또는 뜨거운 입김에서 나오는)를 만나면 이 공기가 렌즈에서 냉각되어 결과적으로 습기를 덜 흡수할 수 있다. 과도한 수분은 응결되어 렌즈에 작은 물방울을 형성한다. 안경이 주변 온도에 도달했을 때만 이 안개가 사라진다.
김서림 방지 스프레이는 물방울 형성을 줄이기 위한 것이지만 제한된 범위에서만 도움이 된다. 결로 현상을 더 고르게 분산시킬 뿐이지 피하지는 못한다. 이제 나노카본 튜브 또는 산화주석의 가열이 가능한 층으로 작동하는 자동차 창문에 대한 예방 방법이 있다. 그러나 그들은 전원에 의존하기 때문에 안경 렌즈에 사용하기 어렵다.
김서림 방지를 위한 나노 골드 및 적외선
ETH Zurich의 Iwan Hächler가 이끄는 연구원들은 처음부터 전기 공급 없이 김서림을 방지하기 위한 새로운 방법을 고안했다. 접근 방식은 햇빛에 뜨거워지는 매우 얇고 투명한 금 코팅이다. 안경 렌즈에 적용하여 유리와 환경의 온도차를 보상해 김서림을 방지한다.
이것은 코팅의 특별한 구성으로 가능하다. 금과 산화티타늄의 "샌드위치"로 되어 있다. 작은 금 클러스터는 두 개의 웨이퍼처럼 얇은 산화티타늄 보호층 사이에 있다. 금층은 매우 효과적인 방사선 흡수제이다. 그것이 흡수하는 빛은 주로 적외선 스펙트럼에서 나오는데, 이는 사람의 눈으로는 감지할 수 없다. Hächler는 "우리의 코팅은 적외선 복사선의 대부분을 흡수하므로 섭씨 8도까지 가열된다"고 설명했다.
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| ▲ 코팅의 구조: 두 개의 산화티타늄 층 사이에 있는 금 층. © ETH 취리히 |
구름은 장애물이 아니다.
티타늄 산화물은 코팅의 가열 효과에도 중요하다. 굴절 특성 덕분에 특히 더 긴 파장의 빛이 금속층에 도달하도록 한다. "이것은 빛이 적외선 흡수를 향상시키는 금 필름과 상호 작용하는 데 소비하는 시간을 증가시킨다"고 연구원은 설명했다. 이 코팅은 적외선에 특화되어 있고 우리가 볼 수 있는 스펙트럼의 빛을 거의 흡수하지 않기 때문에 여전히 투명하게 보이며 안경 렌즈 등에 매우 적합하다.
과학자들에 따르면 김서림 방지 레이어가 제 역할을 하기 위해 반드시 직사광선이 필요한 것은 아니다. 이 효과는 하늘이 흐리거나 실내에 있을 때도 작동한다. 반대로 자동차가 외부에 주차되어 있을 때와 같이 강렬한 햇빛 아래에서 재료가 너무 많이 뜨거워질 것을 두려워할 이유가 없다. 방사선이 자동차나 건물 내부로 들어가는 것을 방지한다. 그 결과 코팅을 하지 않았을 때보다 실내 온도가 훨씬 낮아졌다.”
다양한 응용 분야
지금까지 연구팀은 실험실의 유리 표면과 "외부 세계" 조건에서 안경 렌즈에 대한 그들의 발명품을 성공적으로 테스트했다. 코팅은 코팅되지 않은 표면보다 김서림을 방지하는 데 4배 더 우수한 것으로 나타났다. Hächler와 그의 팀은 미래에 유리, 자동차 유리창, 창문, 거울 및 광학 센서를 포함한 다양한 재료에 대해 개발한 코팅을 사용하는 것을 상상할 수 있다.
개발자들은 또한 널리 사용되는 확립된 방법을 사용하여 코팅을 적용할 수 있기 때문에 그들의 발명에서 큰 잠재력을 보고 있다. 금은 진공에서 해당 표면에 단순히 증기 증착될 수 있다. 귀금속이 매우 얇게 도포되어 많이 필요하지 않기 때문에 전체적으로도 비교적 저렴하다. 산화티타늄과 함께 코팅 두께는 10nm(나노미터)에 불과하다. 일반 금박 두께의 1/12이다.
이 코팅은 "광범위한 영역에 적용되거나 기존의 다층 코팅에 통합되어 김서림 방지 기능을 추가할 가능성이 있다"고 팀은 설명했다. ETH Zurich는 이미 코팅에 대한 특허를 신청했다. 그러나 Hächler의 연구팀은 여전히 그의 발명품을 더욱 발전시키고자 하며, 예를 들어 다른 금속이 금만큼 적합한지 여부를 조사하기를 원한다.
(Nature Nanotechnology, 2022; doi: 10.1038/s41565-022-01267-1)
출처: ETH 취리히
[더사이언스플러스=문광주 기자]
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