반도체공학과 최두호 교수 연구팀, 전기변색 소자 특성 한계 극복한 신기술 개발

교내 연구진으로 세계적 권위 학술지 ‘Small’에 연구 성과 게재

가천대학교 반도체공학과 최두호 교수 연구팀이 전기변색 소자의 고질적인 한계로 지적돼 온 느린 변색 반응 속도를 혁신적으로 개선한 신기술을 개발했다. 이번 연구는 나노 분야의 세계적 권위지 ‘Small’(Impact Factor: 13.0, JCR 상위 7.2%)에 ‘Enhancing the Inherently Limited Electrochromic Redox Reactions via Integration with a Transparent Planar Heater’라는 제목으로 2025년 4월 10일에 출판되었으며, 공동 1저자로 박재우, 이찬경 석사과정생, 교신저자로 최두호 교수가 참여했다.

전기변색 소자는 전기 신호에 따라 빛의 투과율을 조절할 수 있어 스마트 윈도우, 차량용 디스플레이, 에너지 절감 창호 등에 폭넓게 활용되고 있다. 그러나 저온 환경에서 이온의 이동성과 산화·환원 반응이 현저히 둔화되어 반응 속도가 느려지는 문제가 상용화를 가로막는 주요 장애물로 지적되어 왔다.

연구팀은 이러한 기술적 한계를 극복하기 위해 고투과 투명 히터(ZnO/Ag/ZnO)를 전기변색 소자와 통합한 ‘통합형 전기변색 소자’를 제안했다. 이 투명 히터는 90% 이상의 가시광선 투과율과 낮은 전력 소모, 빠른 발열 특성을 동시에 갖추고 있고, 특히 저온에서도 안정적인 구동이 가능하다는 장점이 있다.

연구 결과, 새롭게 개발된 소자는 실온(24℃)은 물론 –17.9℃의 극저온 환경에서도 안정적인 성능을 나타냈다. 기존 전기변색 소자 대비 탈색 반응 속도는 최대 235.8%, 착색 반응 속도는 54.7% 향상되었으며, 변색 변화 범위(광학 투과도 차이) 또한 크게 향상되어, 더 빠르고 더 넓은 범위의 색 변화 구현이 가능해졌다.

특히, 이번 연구는 가천대학교 교수와 대학원생으로만 구성된 연구팀에 의해 수행된 순수 자체 연구 성과로, 가천대학교의 독자적인 연구 경쟁력을 국내외에 입증하는 계기가 됐다. 한편, 본 기술은 다양한 전기변색 소자에 적용 가능한 범용 플랫폼 기술로 평가받으며, 향후 스마트 윈도우, 자동차 전장 부품, 친환경 고효율 건축 자재 등 폭넓은 응용 가능성과 산업적 파급 효과도 기대된다.

최두호 교수는 “기존 전기변색 기술의 오랜 한계를 극복한 연구”라며, “특히 혹한의 기후에서도 안정적인 작동이 가능한 솔루션이라는 점에서 산업적 가치 또한 매우 높다”고 밝혔다.

본 연구는 삼성미래기술육성센터(SRFC-MA2402-03), 한국연구재단 중견연구자지원사업(NRF-2022R1A2B5B01001938), 가천대학교(GCU-202406480001)의 지원을 받아 수행되었다.

* 해당논문 링크: https://doi.org/10.1002/smll.202411929