WO2015130012A1 - 광열전환물질을 함유하는 온도감응성 수화겔을 포함하는 스마트 윈도우 및 이의 제조방법 - Google Patents

광열전환물질을 함유하는 온도감응성 수화겔을 포함하는 스마트 윈도우 및 이의 제조방법 Download PDF

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smart window
hydrogel
sensitive hydrogel
conversion material
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윤진환
김도완
이헌상
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동아대학교 산학협력단
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    • G02F2203/11—Function characteristic involving infrared radiation

Definitions

  • the present invention relates to a smart window, and more particularly, to a smart window comprising a temperature-sensitive hydrogel containing a photothermal conversion material.
  • a smart window means the window which can adjust the transmittance
  • Most solar transmittance control technology in the past was a method of mounting a film having a specific transmittance on the window.
  • the smart window has the advantage of providing a high level of convenience to the user while significantly increasing the transmittance of solar light compared to the method of mounting a film by developing a material that can freely control the transmittance of sunlight. Thanks to these advantages, smart windows are currently used in various fields such as transportation, construction and information display, and are mainly used for housing interiors such as housing windows, living rooms, verandas, porches, and shower rooms. In particular, developed countries such as Japan, the United States, and Europe continue to develop their applications, and in some fields, they are actually being commercialized, which is expected to expand rapidly in the future.
  • smart windows can be practically applied, such as roofs, skylights, architectural or vehicle windows and interior partitions. Since the smart window can appropriately regulate heat exchange from sunlight transmitted into the house, unnecessary use of energy can be suppressed through air conditioning or heating. Smart windows, for example, can be used to reflect large amounts of sunlight in the summer away, suppressing overheating inside buildings, and helping to keep the room warm by absorbing the sun's heat in winter.
  • the "smart window device" of the Republic of Korea Patent Publication No. 10-2012-0045915 uses the electrochromic material to the window through the redox reaction generated by the current It has been shown that it can block sunlight by reversibly controlling discoloration.
  • This technology has achieved the goal of variable transmission of sunlight, but has the disadvantage of having a complicated structure and operating only by a user's manual electric control.
  • Korean Patent Registration No. 10-0310727 "Autonomous-responsive laminate, method for manufacturing the same, and a window using the same” discloses a smart window that is actively operated using a temperature sensitive polymer material.
  • the patent shows that polysaccharide derivatives dissolved in water can coagulate with each other due to an increase in temperature to scatter sunlight and control the amount of sunlight entering the room. That is, the principle is to block sunlight at temperatures above the cloud point where the polymer derivatives aggregate and scatter sunlight, and to transmit light below.
  • This technology enables autonomous active control without an external device except a window, but has a disadvantage in that operation is determined only by a fixed cloud point depending on the material regardless of the intensity of sunlight.
  • the outside temperature is less than the cloud point, even though the intensity of sunlight is strong, it transmits sunlight, and to overcome this, if the blur point of the material is lowered, the window is opaque even when the temperature is high and the sunlight is weak, making it difficult to view the surrounding landscape. In other words, regardless of the intensity of sunlight there is a problem that the solar light blocking is determined only by the ambient temperature.
  • a smart window capable of autonomous active control not only at the external temperature but also at the intensity of the solar light, and thus, by including the photothermal conversion material in the temperature sensitive hydrogel, the intensity of the sunlight as well as the external temperature.
  • a smart window for controlling the amount of sunlight flowing into the room is variable and active.
  • the present invention includes a light-heat conversion material in the temperature-sensitive hydrogel, a smart window for controlling the amount of sunlight entering the room actively and variable depending on the intensity of sunlight as well as the external temperature, The challenge is to provide.
  • Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the smart window.
  • this invention is one aspect,
  • At least one spacer Two substrates arranged at arbitrary intervals to face each other by the spacers; A temperature sensitive hydrogel inserted between the two substrates; A photothermal conversion material uniformly distributed in the temperature sensitive hydrogel; Swelling liquid for swelling the temperature-sensitive hydrogel; And a sealant sealing the substrate and the spacer together.
  • the substrate is characterized in that the single or composite material selected from glass, plastic and metal that is transparent to allow light transmission.
  • the temperature-sensitive hydrogel is N - isopropyl acrylamide, N -n- propyl acrylamide, N, N '- dimethyl acrylamide, N, N' - diethyl acrylamide, methacrylic acid, 2- And at least one monomer selected from the group consisting of hydroxymethacrylic acid, and N -2-diethylaminoethyl acrylate.
  • the temperature-sensitive hydrogel further comprises a crosslinking agent.
  • the crosslinking agent is N , N , -methylenebisacrylamide, diethylene glycol diacrylate and dimethacrylate, ethylene glycol diacrylate and dimethacrylate, tetra (ethylene glycol) diacrylate, It is characterized in that at least one selected from the group consisting of 1,6-hexanediol diacrylate, divinylbenzene, trimethylolpropane triacrylate, and poly (ethylene glycol) diacrylate.
  • the photothermal conversion material is at least one selected from the group consisting of graphene, graphene oxide, reduced-graphene oxide, iron (II) oxide nanoparticles, iron (III) oxide particles, and gold nanoparticles. It is done.
  • the content of the photothermal conversion material mixed in the temperature sensitive hydrogel is characterized in that 0.01 to 50% by weight of the dry weight of the hydrogel.
  • the swelling liquid is distilled water alone or mixed solvent mixed with one or more organic solvents selected from the group consisting of methanol, ethanol, ethylene glycol, propylene glycol and glycerin to prevent freezing in distilled water. do.
  • the sealant is an epoxy resin, an acrylic resin, a polysulfide sealant, an isobutylene sealant, a moisture resistant acrylic adhesive, an adhesive rubber, or a rapid curing agent to fix two substrates and a spacer and prevent evaporation of the solvent. It is characterized by being selected from the group which consists of a plastic, a metal tape, and a fluororesin tape.
  • the present invention is another aspect,
  • Preparing a temperature sensitive hydrogel precursor solution containing a photothermal conversion material A second step of preparing a hydrogel by inserting the hydrogel precursor solution between two substrates including a spacer and then gelling the hydrogel precursor; And a third step of manufacturing the smart window by sealing the spacer and the substrate with a sealant.
  • the smart window according to the present invention contains a photothermal conversion material in the temperature-sensitive hydrogel, so that the hydrogel can reach the cloud point by heat due to the photothermal conversion effect even below the cloud point, so that not only the ambient temperature but also the sun There is also an effect that can control the sun block by the intensity of light.
  • it can be seen that it is possible to autonomously and actively control the degree of inflow of sunlight according to the external environment, and reversibly repeat the inflow and blocking of sunlight according to the external environment without changing the performance.
  • the smart window according to the present invention efficiently and actively regulates the sunlight flowing into the room, it is possible to suppress the rise of the room temperature to save the cooling energy consumption, and to implement a comfortable indoor environment.
  • the smart window according to the present invention has a simple manufacturing process by using a hydrogel having a network structure is easy to mass production.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a smart window including a temperature sensitive hydrogel containing a photothermal conversion material according to the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing the temperature change under sunlight with or without the photothermal conversion material of the temperature-sensitive hydrogel precursor solution according to Experimental Example 1 of the present invention.
  • Figure 3 is a graph showing the transmittance change with respect to the temperature of the temperature-sensitive hydrogel containing the photothermal conversion material according to Experimental Example 2 of the 300-900nm wavelength range.
  • FIG. 4 is a graph showing light transmittance change with respect to repetitive temperature change of a temperature sensitive hydrogel containing a photothermal conversion material according to Experimental Example 3 of the present invention at 600 nm wavelength.
  • Figure 5 is a photograph confirming the blocking of sunlight to the sunlight exposure time of the smart window manufactured by one embodiment and one comparative example of the present invention.
  • Figure 6 is a photograph confirming the blocking of sunlight to the sunlight exposure time of the smart window manufactured by one embodiment and one comparative example of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a smart window including a temperature-sensitive hydrogel containing a photothermal conversion material, according to an embodiment of the present invention
  • the smart window 10 is a light train inserted between two substrates 11 and 11 ′ arranged at random intervals so as to face each other by at least one spacer 12. It consists of a temperature sensitive hydrogel 13 containing the conversion material 14. At this time, the hydrogel contains the swelling liquid 15, and is sealed with a sealant 16 to prevent evaporation thereof and to fix the substrate and the spacer.
  • the substrate may be used as a single or a composite material in a material such as glass, plastic, metal.
  • the spacer 12 is positioned between two substrates to control the thickness of the temperature sensitive hydrogel.
  • it can be used without limitation as long as it is inserted between the substrates to maintain the gap and does not undergo any chemical reaction with the temperature sensitive hydrogel.
  • the spacing of the substrate can be arbitrarily adjusted according to the installation position, use, and the like.
  • the temperature sensitive hydrogel 13 is a material having a cloud point N -isopropyl acrylamide, N -n-propyl acrylamide, N , N '-dimethyl acrylamide, N , N' -diethyl acrylamide, methacryl
  • One or more monomers selected from the group consisting of acids, 2-hydroxymethacrylic acid, N -2-diethylaminoethyl acrylate may be copolymerized.
  • the monomers are monomers capable of producing a temperature sensitive hydrogel, and monomers which do not exhibit temperature sensitivity may be partially copolymerized. Therefore, under the conditions of maintaining the temperature sensitivity of the hydrogel, monomers other than those mentioned above may be copolymerized.
  • a crosslinking agent may optionally be used to link the monomers.
  • the crosslinking agent is preferably N , N , -methylenebisacrylamide, diethylene glycol diacrylate and dimethacrylate, ethylene glycol diacrylate and dimethacrylate, tetra (ethylene glycol) diacrylate, 1, At least one selected from 6-hexanediol diacrylate, divinylbenzene, trimethylolpropane triacrylate, and poly (ethylene glycol) diacrylate.
  • the temperature-sensitive hydrogel has a phase separation phenomenon in which chains are aggregated due to hydrogen bonding between polymer chains when the surrounding temperature increases.
  • the temperature at which light passing through the hydrogel is scattered and opaque by the aggregated polymer chain is defined as a cloud point of the hydrogel. That is, the hydrogel used in the present invention is in an opaque state due to the phase separation phenomenon above the cloud point, and exists in a transparent state thereafter, and this state change is reversible.
  • the cloud point can be arbitrarily adjusted according to the type or copolymerization composition of monomers constituting the temperature sensitive hydrogel.
  • the smart window is manufactured by using the temperature sensitive hydrogel alone, but this method is inefficient because it is determined only by the external temperature.
  • a smart window was developed by mixing a light-heat conversion material that can reflect the effect of the intensity of sunlight on the temperature-sensitive hydrogel to meet this technical requirement.
  • the light-to-heat conversion material 14 is a material having a light-to-heat conversion effect that absorbs sunlight and then converts it into heat and emits it.
  • Graphene oxide, graphene, reduced-graphene oxide, iron oxide (II) nanoparticles, iron oxide (III) ) Nanoparticles and other materials other than gold nanoparticles can also be substituted or used.
  • the temperature was measured by exposing the hydrogel precursor solution containing graphene oxide, which is one of the photothermal conversion materials, and the non-containing solution to sunlight for 10 minutes at the same temperature.
  • graphene oxide when graphene oxide is included, it reaches 35 ° C., which is equal to or higher than the cloud point (33 ° C.) of the hydrogel, but otherwise it was found that temperature equilibration was achieved at 31 ° C. or lower.
  • This result is due to the heat released through the photothermal conversion effect of graphene oxide, and shows that the temperature sensitive hydrogel can be heated above the external temperature when the photothermal conversion material is mixed with the hydrogel. That is, even if the outside temperature is below the cloud point, if the intensity of sunlight is strong, the temperature-sensitive hydrogel reaches the temperature above the cloud point by the heat emitted through the photothermal conversion effect and becomes opaque to block sunlight.
  • the content of the light-heat conversion material mixed in the temperature sensitive hydrogel is preferably from 0.01 to 50% by weight of the dry weight of the hydrogel. More preferably, the content of graphene oxide is 0.1 to 5% by weight of the hydrogel dry weight. If the content of graphene oxide is less than 0.01% by weight, less heat is emitted from the photothermal conversion effect, so when the temperature of the temperature-sensitive hydrogel is less than the cloud point, the cloud does not reach the cloud point and thus does not achieve the object of the present invention. It is not preferable, and if it exceeds 50% by weight, the window is opaque due to the concentration of graphene oxide, which is not preferable.
  • the swelling liquid 15 in which the temperature sensitive hydrogel is swollen is based on distilled water, but an organic solvent such as methanol, ethanol, ethylene glycol, propylene glycol, and glycerin may be mixed to prevent freezing.
  • the sealant 16 is used to fix two substrates and spacers and to prevent evaporation of the swelling liquid.
  • the sealant may preferably be an epoxy resin, an acrylic resin, a polysulfide sealant, an isobutylene sealant, a moisture resistant acrylic adhesive, an adhesive rubber, a quick curing plastic, a metal tape, or a fluororesin tape.
  • Smart window comprises the steps of preparing a hydrogel precursor solution containing a light-heat conversion material; A second step of preparing a hydrogel by inserting the hydrogel precursor solution between two substrates including a spacer and then gelling the hydrogel precursor; And a third step of manufacturing the smart window by sealing the spacer and the substrate with a sealant.
  • the first step is to prepare a hydrogel precursor solution, wherein the hydrogel precursor solution dissolves a temperature sensitive hydrogel monomer in a solvent (swelling solution), and then a photothermal conversion material and optionally a crosslinking agent. It may be prepared by adding a polymerization promoter and an initiator after polymerization in an inert atmosphere.
  • the solvent, temperature sensitive hydrogel monomer, photothermal conversion material, crosslinking agent, etc. used are as described above, and the polymerization promoter and the initiator may be used in the art.
  • the second step is a step of preparing a hydrogel by inserting the hydrogel precursor solution between the two substrates containing the spacer and then gelling, wherein the method and the method of gelling the hydrogel precursor solution is Methods commonly used in the art may be used, but are not limited thereto.
  • the third step is a step of manufacturing a smart window by sealing the spacer and the substrate with a sealant after the hydrogel is manufactured, wherein the sealant used is as described above, the sealing method is commonly used in the art It can be used, but is not limited thereto.
  • the smart window according to the present invention contains the photothermal conversion material in the temperature-sensitive hydrogel, so that the hydrogel can reach the cloud point by heat due to the photothermal conversion effect even below the cloud point, so that not only the ambient temperature but also the sunlight The effect on the intensity is reflected in the sun protection control of the window.
  • it can be seen that it is possible to autonomously and actively control the degree of inflow of sunlight according to the external environment, and reversibly repeat the inflow and blocking of sunlight according to the external environment without changing the performance.
  • the smart window according to the present invention efficiently and actively regulates the sunlight flowing into the room, it is possible to suppress the rise of the room temperature to save the cooling energy consumption, and to implement a comfortable indoor environment.
  • the smart window according to the present invention has a simple manufacturing process by using a hydrogel having a network structure is easy to mass production.
  • the sample solution was prepared by dissolving 355.1 mg of N -isopropylacrylamide as a monomer and 4.9 mg of methylenebisacrylamide as a crosslinking agent in 2640.0 ⁇ l of tertiary distilled water without containing a photothermal conversion material. Except for the same procedure as in the embodiment to prepare a smart window.
  • the hydrogel precursor solution of the same composition as in Example and Comparative Example was exposed to sunlight for 10 minutes in an outdoor temperature of 30 ° C., followed by observation of a temperature change, and the results are shown in FIG. 2.
  • the hydrogel precursor solution (comparative example) that does not contain graphene oxide as a light-heat conversion material after exposure to sunlight for 10 minutes at an initial temperature of 30 °C, but rose to 31 °C
  • Hydrogel precursor solution containing graphene oxide (Example) was raised from the initial temperature 30 °C to 35 °C. This additional temperature increase of 4 ° C. is the result of the hydrogel precursor solution absorbing the conversion of graphene oxide to sunlight and heat.
  • the smart window according to the present invention can adjust the amount of sunlight actively introduced into the room in response to not only the increase in the ambient temperature but also the intensity of sunlight.
  • the change in light transmittance according to the temperature of the temperature sensitive hydrogel containing the light-heat conversion material according to the present invention was measured.
  • the transmittance of the hydrogel was measured in the 300-900 nm wavelength region using an ultraviolet-visible spectrophotometer (V-550, Jasco). 3 is measured by adjusting the temperature of the hydrogel through a constant temperature circulating water tank connected to the sample holder of the metal material in the UV-Vis spectrophotometer and measuring the change in the transmittance.
  • the transmittance was 95% or more in the visible and near-infrared region (about 500-900 nm) when the hydrogel temperature was below 25 ° C., and when the temperature was over 40 ° C., the measured 300- In the 900 nm wavelength region, the light transmittance was less than 1%.
  • the smart window according to the present invention includes a temperature-sensitive hydrogel containing a light-heat conversion material, so that it can transmit sunlight under a cloud point and block sunlight from a cloud point or more, thereby controlling the transmittance according to temperature. Can be.
  • the temperature-sensitive hydrogel containing the light-to-heat conversion material according to the present invention even if the external temperature is changed repeatedly several times, the transmittance averaged 94% at 25 °C, the transmittance averaged 1% at 40 °C It can be usefully used in the smart window because it shows excellent transmittance control performance by appearing below.
  • both windows are transparent to transmit sunlight (see FIGS. 5A and 6A), but the observation results after 2 minutes include graphene oxide, a photothermal conversion material. It can be seen that only the window device of the embodiment blocks the sunlight (see FIGS. 5B and 6B).
  • the smart window of the comparative example made of a temperature-sensitive hydrogel without the light-heat conversion material, although the outdoor temperature is lower than the cloud point even if the sunlight is strong, the smart window is transparent and did not block the sunlight, but contains the light-heat conversion material according to the present invention
  • Smart window using a temperature sensitive hydrogel which is opaque due to the temperature rise of the hydrogel, is blocked by the increase in temperature of the hydrogel when the sunlight is strong even when the outdoor temperature is lower than the cloud point and the sunlight is strong. It was confirmed.
  • the smart window using the temperature-sensitive hydrogel containing the photothermal conversion material according to the present invention from the above results can be actively used to replace the existing smart window, because it can actively control the sunlight by the outdoor temperature and the intensity of sunlight. Can be.

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Abstract

본 발명은 스마트 윈도우(smart window)에 관한 것으로, 구체적으로는 광열전환물질을 함유하는 온도감응성 수화겔을 포함하는 스마트 윈도우 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은, 적어도 하나의 스페이서; 상기 스페이서의 의해 서로 마주보도록 임의의 간격으로 배치되어 있는 두 장의 기판; 상기 두 장의 기판 사이에 삽입된 형태의 온도감응성 수화겔; 상기 온도감응성 수화겔 내부에 균일하게 분포되어 있는 광열전환물질; 상기 온도감응성 수화겔을 팽윤시키는 용매; 및 상기 기판과 스페이서를 함께 밀봉하는 실란트를 포함하는 스마트 윈도우, 및 이의 제조방법을 개시한다. 상기 스마트 윈도우는 온도감응성 수화겔 내에 광열전환물질을 함유하고 있어, 흐림점 이하에서도 광열전환효과에 의한 열로 수화겔을 흐림점에 도달하게 할 수 있으므로, 주변 온도뿐만 아니라 태양광의 세기에 의해서도 태양광 차단 조절이 가능한 효과가 있다.

Description

광열전환물질을 함유하는 온도감응성 수화겔을 포함하는 스마트 윈도우 및 이의 제조방법
본 발명은 스마트 윈도우(smart window)에 관한 것으로, 구체적으로는 광열전환물질을 함유하는 온도감응성 수화겔을 포함하는 스마트 윈도우에 관한 것이다.
21세기 들어 가장 중요한 이슈 중 하나는 심각한 에너지 부족이다. 따라서 낮은 에너지 소비, 에너지 수집 및 에너지 저장 기술을 통해 유한한 에너지 자원의 효율적인 사용이 요구된다. 최근 이러한 관점에서, 신소재 유리로서 외부환경에 응답하여 빛의 투광도가 조절되는 스마트 윈도우(smart window)는 에너지의 경제적인 측면에서 기능적인 대안으로 많은 관심을 받고 있다.
스마트 윈도우란, 태양광의 투과율을 자유롭게 조정할 수 있는 윈도우를 말한다. 과거 대부분의 태양광 투과율 조절기술은 특정 투과율을 가진 필름을 윈도우상에 장착하는 방식이 대부분이었다. 그러나 스마트 윈도우는 태양광의 투과율을 자유롭게 조절할 수 있는 물질을 개발하여 윈도우에 삽입함으로써 필름을 장착하는 방식에 비하여 태양광의 투과율이 대폭 신장됨과 동시에 사용자에게 고도의 편의성을 제공하는 장점을 지니고 있다. 이와 같은 장점에 힘입어 스마트 윈도우는 현재 수송분야, 건축분야 및 정보표시분야 등에 다양하게 응용되고 있으며, 주로 주택창호, 거실, 베란다, 현관, 샤워 룸 등 주택인테리어용으로 사용되고 있다. 특히, 일본, 미국, 유럽 등의 선진국 등에서는 지속적으로 용도개발을 하고 있고 일부 분야에서는 실제로 상품화되고 있어 향후 급속한 시장 확대가 예상되고 있다.
또한, 스마트 윈도우는 지붕, 채광(skylight), 건축 또는 차량의 창문 및 인테리어 파티션과 같이 실용적으로 응용될 수 있다. 상기 스마트 윈도우는 집안으로 투과된 태양광으로부터 열 교환을 적절하게 조절할 수 있기 때문에 공기 조절 또는 가열을 통하여 불필요한 에너지 사용을 억제할 수 있다. 예를 들면, 스마트 윈도우는 여름에 일시적인 많은 태양광을 멀리 반사함으로써 건물 내부가 과열되는 것을 억제시킬 수 있고, 겨울에 태양열을 흡수하여 방 온기를 유지시키는데 도움을 줄 수 있다.
태양광의 실내 유입을 가변적으로 조절할 수 있는 창에 대한 종래기술로써, 대한민국 특허공개 제10-2012-0045915호의 "스마트 윈도우 장치"에서는 전기변색 소재를 이용하여 전류에 의해 발생하는 산화 환원반응을 통해 창의 변색을 가역적으로 조절하여 태양광을 차단할 수 있음을 보이고 있다. 이 기술은 가변적인 태양광의 투과라는 목적은 달성하였지만, 복잡한 구조를 가지고 있으며 사용자의 수동전기제어에 의해서만 작동한다는 단점이 있다.
또 다른 종래기술인 대한민국 등록특허 제10-0310727호의 "자율-응답적층제, 그 제조방법 및 이를 사용한 창"에서는 온도감응성 고분자소재를 이용하여 능동적으로 작동하는 스마트 윈도우를 개시하고 있다. 상기 특허는 물에 용해된 폴리사카라이드 유도체가 온도의 상승으로 인해 서로 응집하여 태양광을 산란시켜 실내로 유입되는 태양광의 양을 조절할 수 있음을 보이고 있다. 즉, 고분자 유도체가 응집하여 태양광을 산란시키는 흐림점 이상의 온도에서는 태양광을 차단하고, 그 이하에서는 투과시키는 원리를 응용하고 있다. 이 기술은 창을 제외한 외부 장치 없이 자율적인 능동제어가 가능하지만, 태양광의 세기와 관계없이 소재에 따라 고정되어 있는 흐림점에 의해서만 작동여부가 결정된다는 단점이 있다. 외부 온도가 흐림점 이하에서는 태양광의 세기가 강하여도 태양광을 투과시키고, 이를 극복하기 위해 소재의 흐림점을 낮추게 되면 온도는 높고 태양광이 약한 경우에도 창이 불투명하여 주변 경관의 조망이 어렵다. 즉, 태양광의 세기와 관계없이 오직 주변 온도에 의해서만 태양광 차단여부가 결정되게 되는 문제점이 있다.
이에, 본 발명자들은 이러한 점에 착안하여 외부 온도 뿐만 아니라 태양광의 세기에도 자율적인 능동제어가 가능한 스마트 윈도우를 개발하고자 노력한 결과, 온도감응성 수화겔에 광열전환물질을 포함시킴으로써, 외부 온도뿐만 아니라 태양광의 세기에 따라서도 가변적이고 능동적으로 실내로 유입되는 태양광의 양을 조절하는 스마트 윈도우를 완성하게 되었다.
상기의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 온도감응성 수화겔에 광열전환물질을 포함하여, 외부 온도뿐만 아니라 태양광의 세기에 따라서도 가변적이고 능동적으로 실내로 유입되는 태양광의 양을 조절하는, 스마트 윈도우를 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.
또한, 본 발명은 상기 스마트 윈도우의 제조방법을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 일 양태로서,
적어도 하나의 스페이서; 상기 스페이서의 의해 서로 마주보도록 임의의 간격으로 배치되어 있는 두 장의 기판; 상기 두 장의 기판 사이에 삽입된 형태의 온도감응성 수화겔; 상기 온도감응성 수화겔 내부에 균일하게 분포되어 있는 광열전환물질; 상기 온도감응성 수화겔을 팽윤시키는 팽윤액; 및 상기 기판과 스페이서를 함께 밀봉하는 실란트를 포함하는 스마트 윈도우를 제공한다.
또한 바람직하게는, 상기 기판은 투명하여 빛의 투과가 가능한 유리, 플라스틱 및 금속 중에서 선택되는 단일 또는 복합 재료인 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 온도감응성 수화겔은 N-이소프로필아크릴아미드, N-n-프로필아크릴아미드, N,N '-디메틸아크릴아미드, N,N '-디에틸아크릴아미드, 메타크릴산, 2-하이드록시메타크릴산, 및 N-2-디에틸아미노에틸 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 단량체가 공중합된 것을 특징으로 한다
또한 바람직하게는, 상기 온도감응성 수화겔은 가교제를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 가교제는 N,N,-메틸렌비스아크릴아미드, 디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트 및 디메타크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트 및 디메타크릴레이드, 테트라(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 디비닐벤젠, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 및 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 광열전환물질은 그래핀, 산화그래핀, 환원-산화그래핀, 산화철(II) 나노입자, 산화철(III) 나노입자, 및 금 나노입자로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는 상기 온도감응성 수화겔에 혼합되는 광열전환물질의 함량은 수화겔 건조 중량의 0.01 내지 50중량%인 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 팽윤액은 증류수 단독이거나, 또는 증류수에 결빙을 방지하기 위하여 메탄올, 에탄올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 및 글리세린으로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 유기용매를 혼합한 혼합 용매인 것을 특징으로 한다.
또한 바람직하게는, 상기 실란트는 두 장의 기판과 스페이서를 고정하고, 용매의 증발을 막기 위하여, 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리설파이드 실란트, 이소부틸렌 실란트, 내습성 아크릴 접착제, 접착성 고무, 급속 경화플라스틱, 금속 테이프 및 불소 수지 테이프로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 다른 양태로서,
광열전환물질을 함유하는 온도감응성 수화겔 전구체 용액을 제조하는 제1단계; 상기 수화겔 전구체 용액을 스페이서가 포함된 두 장의 기판 사이에 삽입한 후 겔화시켜 수화겔을 제조하는 제2단계; 및 스페이서와 기판을 실란트로 밀봉하여 스마트 윈도우를 제조하는 제3단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는, 스마트 윈도우의 제조방법을 제공한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 스마트 윈도우는 온도감응성 수화겔 내에 광열전환물질을 함유하고 있어, 흐림점 이하에서도 광열전환효과에 의한 열에 의해 수화겔을 흐림점에 도달하게 할 수 있으므로, 주변 온도뿐만 아니라 태양광의 세기에 의해서도 태양광 차단 조절이 가능한 효과가 있다. 또한, 외부 환경에 따라 태양광의 유입 정도를 자율적이고 능동적으로 조절하며, 성능의 변환없이 외부 환경에 따라 가역적으로 태양광 유입과 차단을 반복할 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 스마트 윈도우는 실내로 유입되는 태양광을 효율적이고 능동적으로 조절하므로, 실내 온도의 상승을 억제하여 냉방 에너지 사용량을 절약하고, 쾌적한 실내 환경의 구현이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 윈도우는 망상구조를 가지는 수화겔을 이용함으로써 제조공정이 단순하여 대량생산이 용이한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른, 광열전환물질을 함유하는 온도감응성 수화겔을 포함하는 스마트 윈도우의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실험예 1에 따른, 온도감응성 수화겔 전구체 용액의 광열전환물질의 유무에 대한 태양광 하에서의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실험예 2에 따른, 광열전환물질을 함유하는 온도감응성 수화겔의 온도에 대한 투광도 변화를 300-900㎚ 파장영역에 대해 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실험예 3에 따른, 광열전환물질을 함유하는 온도감응성 수화겔의 반복적인 온도 변화에 대한 투광도 변화를 600㎚ 파장에 대해 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예 및 일 비교예에 의해 제조된 스마트 윈도우의 태양광 노출 시간에 대한 태양광의 차단 여부를 확인한 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예 및 일 비교예에 의해 제조된 스마트 윈도우의 태양광 노출 시간에 대한 태양광의 차단 여부를 확인한 사진이다.
* 부호의 설명 *
10: 스마트 윈도우 11, 11': 기판
12: 스페이서 13: 온도감응성 수화겔
14: 광열전환물질 15: 팽윤액
16: 실란트
이하 본 발명을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 광열전환물질을 함유하는 온도감응성 수화겔을 포함하는 스마트 윈도우의 단면도를 나타낸 것으로,
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 스마트 윈도우(10)는 적어도 하나의 스페이서(12)에 의해 서로 마주보도록 임의의 간격으로 배치된 두 장의 기판(11, 11') 사이에 삽입된 형태의 광열전환물질(14)이 함유된 온도감응성 수화겔(13)로 구성되어 있다. 이때, 수화겔은 팽윤액(15)을 포함하고 있으며, 이의 증발을 막고 기판과 스페이서를 고정하기 위해 실란트(16)로 밀봉처리 되어 있다.
상기 두 장의 기판(11, 11')은 윈도우로서 사용되며, 투명하여 빛의 투과가 가능한 다양한 재료를 사용할 수 있다. 바람직하게 상기 기판은 유리, 플라스틱, 금속 등의 재료에서 단일 혹은 복합재료로 혼용하여 사용할 수 있다.
상기 스페이서(12)는 두 장의 기판 사이에 위치하여 온도감응성 수화겔의 두께를 조절하는 역할을 한다. 기판과 동일한 소재뿐만 아니라 기판 사이에 삽입되어 간격을 유지할 수 있고 온도감응성 수화겔과 어떤 화학적 반응도 하지 않는 소재에 한해서 제한 없이 사용이 가능하다. 기판의 간격은 설치 위치, 용도 등에 따라서 임의로 조절될 수 있다
상기 온도감응성 수화겔(13)은 흐림점을 가지는 물질로 N-이소프로필아크릴아미드, N-n-프로필아크릴아미드, N,N'-디메틸아크릴아미드, N,N'-디에틸아크릴아미드, 메타크릴산, 2-하이드록시메타크릴산, N-2-디에틸아미노에틸 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 단량체가 공중합될 수 있다. 상기 단량체들은 온도감응성 수화겔을 제조할 수 있는 단량체들이며, 온도감응성을 나타내지 않는 단량체들이 일부 공중합 될 수도 있다. 그러므로 수화겔의 온도감응성을 유지하는 조건하에서는 상기 언급된 단량체 이외의 다른 단량체들도 공중합 될 수 있다.
또한, 단량체를 연결하는 데에 있어서 선택적으로 가교제가 사용될 수 있다. 상기 가교제는 바람직하게는 N,N,-메틸렌비스아크릴아미드, 디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트 및 디메타크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트 및 디메타크릴레이드, 테트라(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 디비닐벤젠, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 및 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트 중에서 선택된 하나 이상일 수 있다.
상기 온도감응성 수화겔은 주변의 온도가 상승하면 분자 운동이 활발해져 고분자사슬끼리의 수소결합으로 인해 사슬들이 응집(aggregation)하는 상분리 현상이 생긴다. 응집된 고분자 사슬에 의해 수화겔을 통과하는 빛이 산란되어 불투명해지는 온도를 그 수화겔의 흐림점(cloud point)으로 정의한다. 즉, 본 발명에서 사용된 수화겔은 흐림점 이상에서는 상분리 현상으로 인해 불투명한 상태로, 그 이하에서는 투명한 상태로 존재하며 이런 상태 변화는 가역적이다. 흐림점은 온도감응성 수화겔을 구성하는 단량체의 종류나 공중합 조성에 따라 임의로 조절이 가능하다. 종래 기술에서는 온도감응성 수화겔 단독으로 스마트 윈도우를 제작하였으나, 이 방식은 오직 외부 온도에 의해서만 태양광 차단 여부가 결정되어 비효율적이라 할 수 있다. 외부 온도가 흐림점 이하에서는 태양광의 세기가 강하여도 태양광을 투과시키고, 이를 극복하기 위해 소재의 흐림점을 낮추게 되면 온도는 높고 태양광이 약한 경우에도 윈도우가 불투명하여 주변 경관의 조망이 어렵다. 따라서, 외부 온도뿐만 아니라 태양광의 세기에 따라 능동적으로 스마트 윈도우의 작동 여부를 조절할 수 있는 기술이 요구된다.
본 발명에서는 이런 기술적 요구에 부합하기 위해 온도감응성 수화겔에 태양광의 세기 효과를 반영할 수 있는 광열전환물질을 혼합하여 스마트 윈도우를 개발하였다. 상기 광열전환물질(14)은 태양광을 흡수한 후 열로 전환하여 방출하는 광열전환효과를 가지는 물질로서, 산화그래핀, 그래핀, 환원-산화그래핀, 산화철(II) 나노입자, 산화철(III) 나노입자, 금 나노입자 이외의 다른 물질들도 대체 혹은 혼용되어 사용 될 수 있다.
동일한 온도에서 광열전환물질 중 하나인 산화그래핀을 포함한 수화겔 전구체 용액과 포함되지 않은 용액을 태양광에 10분간 노출시켜 온도를 측정한 결과, 산화그래핀이 포함된 경우 약 4℃의 추가적인 온도 증가가 관찰되었다(실험예 1, 도 2 참조). 구체적으로, 산화그래핀을 포함한 경우, 수화겔의 흐림점(33℃) 이상인 35℃에 도달하지만, 그렇지 않은 경우에는 그 이하인 31℃에서 온도평형이 이루어졌음을 알 수 있었다. 이런 결과는 산화그래핀의 광열전환효과를 통해 방출되는 열에 의한 것으로, 광열전환물질을 수화겔에 혼합할 경우 온도감응성 수화겔이 외부 온도 이상으로 가열될 수 있음을 보여준다. 즉, 외부 온도는 흐림점 이하라도 태양광의 세기가 강하면 광열전환효과를 통해 방출되는 열에 의해 온도감응성 수화겔이 흐림점 이상의 온도로 도달하여 불투명해져 태양광을 차단하게 된다.
이때, 상기 온도감응성 수화겔에 혼합되는 광열전환물질의 함량은 수화겔 건조 중량의 0.01 내지 50중량%인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 산화그래핀의 함량이 수화겔 건조 중량의 0.1 내지 5중량%이다. 만일 산화그래핀의 함량이 0.01중량% 미만인 경우에는 광열전환효과로부터 방출되는 열이 적어 온도감응성 수화겔의 온도가 흐림점 이하일 때 방출되는 열에 의해 흐림점에 도달하지 못하여 본 발명 목적을 달성하지 못하므로 바람직하지 못하고, 50중량%를 초과하는 경우 산화그래핀의 농도에 의해 윈도우가 불투명하여 바람직하지 못하다.
상기 온도감응성 수화겔이 팽윤되어 있는 팽윤액(15)은 증류수를 기본으로 하나, 결빙을 방지하기 위하여 메탄올, 에탄올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 글리세린 등의 유기용매가 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 실란트(16)는 두 장의 기판과 스페이서를 고정하는 용도와 팽윤액의 증발을 막는 용도로 사용된다. 상기 실란트는 바람직하게는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리설파이드 실란트, 이소부틸렌 실란트, 내습성 아크릴 접착제, 접착성 고무, 급속 경화플라스틱, 금속 테이프 또는 불소수지 테이프 등이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 스마트 윈도우는 광열전환물질을 함유하는 수화겔 전구체 용액을 제조하는 제1단계; 상기 수화겔 전구체 용액을 스페이서가 포함된 두 장의 기판 사이에 삽입한 후 겔화시켜 수화겔을 제조하는 제2단계; 및 스페이서와 기판을 실란트로 밀봉하여 스마트 윈도우를 제조하는 제3단계;를 포함하여 이루어지는 제조방법에 의해 제조될 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 있어서 상기 제1단계는 수화겔 전구체 용액을 제조하는 단계로서, 상기 수화겔 전구체 용액은 용매(팽윤액)에 온도감응성 수화겔 단량체를 용해시킨 후, 광열전환물질 및 선택적으로 가교제를 넣고, 이후 불활성 분위기 하에서 중합촉진제 및 개시제를 넣고 중합시킴으로써 제조할 수 있다. 이때 사용되는 용매, 온도감응성 수화겔 단량체, 광열전환물질, 가교제 등은 전술된 바와 같으며, 중합촉진제 및 개시제는 당 업계에서 통상적으로 사용하는 것을 이용할 수 있다.
본 발명에 있어서 상기 제2단계는 상기 수화겔 전구체 용액을 스페이서가 포함된 두 장의 기판 사이에 삽입한 후 겔화시켜 수화겔을 제조하는 단계로서, 이때 상기 수화겔 전구체 용액을 삽입하는 방법 및 겔화시키는 방법은 당 업계에서 통상적으로 사용하는 방법을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 상기 제3단계는 수화겔이 제조된 후 스페이서와 기판을 실란트로 밀봉하여 스마트 윈도우를 제조하는 단계로서, 이때 사용되는 실란트는 전술된 바와 같으며, 밀봉하는 방법은 당 업계에서 통상적으로 사용하는 방법을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이렇게 제조된 본 발명에 따른 스마트 윈도우는, 온도감응성 수화겔 내에 광열전환물질을 함유하고 있어, 흐림점 이하에서도 광열전환효과에 의한 열로 수화겔을 흐림점에 도달하게 할 수 있으므로, 주변 온도뿐만 아니라 태양광의 세기에 대한 효과가 윈도우의 태양광 차단 조절에 반영된다. 또한, 외부 환경에 따라 태양광의 유입 정도를 자율적이고 능동적으로 조절하며, 성능의 변환없이 외부 환경에 따라 가역적으로 태양광 유입과 차단을 반복할 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 스마트 윈도우는 실내로 유입되는 태양광을 효율적이고 능동적으로 조절하므로, 실내 온도의 상승을 억제하여 냉방 에너지 사용량을 절약하고, 쾌적한 실내 환경의 구현이 가능하다.
또한, 본 발명에 따른 스마트 윈도우는 망상구조를 가지는 수화겔을 이용함으로써 제조공정이 단순하여 대량생산이 용이한 효과가 있다.
이하 본 발명을 실시예에 의하여 상세히 설명하기로 하나, 이러한 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
< 실시예 > 광열전환물질을 함유하는 온도감응성 수화겔을 이용한 스마트 윈도우의 제조
상온에서 단량체인 N-이소프로필아크릴아미드 355.1㎎, 가교제인 메틸렌비스아크릴아미드 4.9㎎을 3차 증류수 2040.0㎕에 넣고 녹였다. 여기에 광열전환물질인 5mg/mL 농도의 산화그래핀 수용액 600.0㎕를 넣고 섞어 주었다. 이렇게 섞은 용액은 감압기를 이용하여 진공 상태를 만들어 산소를 제거하여 시료 용액을 제조하였다. 질소 분위기 하에서 상기 시료 용액에 중합촉진제인 테트라메틸렌아민 9.0㎕ 와 개시제인 암모늄퍼설페이트 1.8㎎을 넣고, 150 ㎛인 스페이서가 포함된 두 장의 유리 기판 사이에 삽입한 후 1시간 동안 겔화시켰다. 겔화 후 스페이서와 유리기판을 불소수지 테이프로 밀봉하여 스마트 윈도우를 제조하였다.
< 비교예 > 광열전환물질을 함유하지 않은 온도감응성 수화겔만을 이용한 스마트 윈도우의 제조
시료 용액의 제조에 있어서, 광열전환물질을 포함하지 않고, 단량체인 N-이소프로필아크릴아미드 355.1㎎, 가교제인 메틸렌비스아크릴아미드 4.9㎎을 3차 증류수 2640.0㎕에 넣고 용해시켜 시료 용액을 제조한 것을 제외하고는 실시예와 동일하게 수행하여 스마트 윈도우를 제조하였다.
< 실험예 1> 광열전환물질의 유무에 따른 온도감응성 수화겔의 온도 변화 관찰
광열전환물질의 유무에 따른 온도감응성 수화겔의 태양광 하에서의 온도 변화를 알아보기 위하여 다음과 같은 실험을 수행하였다.
실시예 및 비교예와 동일한 조성의 수화겔 전구체 용액을 외부기온이 30℃인 실외에서 태양광에 10분간 노출시킨 후, 온도 변화를 관찰하여 그 결과를 도 2에 나타내었다.
도 2에서 보는 바와 같이, 광열전환물질인 산화그래핀이 포함되지 않은 수화겔 전구체 용액(비교예)은 초기 온도 30℃에서 태양광에 10분간 노출된 후, 31℃로 상승하였으나, 광열전환물질인 산화그래핀이 포함된 수화겔 전구체 용액(실시예)은 초기 온도 30℃에서 35℃로 상승하였다. 이러한 4℃의 추가적인 온도 증가는 산화그래핀이 태양광을 흡수하여 열로 전환한 것을 수화겔 전구체 용액이 흡수하여 나타낸 결과이다.
따라서, 본 발명에 따른 스마트 윈도우는 주변 온도의 증가 뿐만 아니라 태양광의 세기에도 감응하여 능동적으로 실내로 유입되는 태양광의 양을 조절할 수 있다.
< 실험예 2> 광열전환물질을 함유하는 온도감응성 수화겔의 투광도 관찰
본 발명에 따른 광열전환물질을 함유하는 온도감응성 수화겔을 이용한 스마트 윈도우의 온도에 따른 투광도의 변화를 알아보기 위하여, 산화그래핀이 포함된 온도감응성 수화겔의 온도에 따른 투광도 변화를 측정하였다. 수화겔의 투광도는 자외선-가시광선 분광광도계(V-550, Jasco)를 이용하여 300-900㎚ 파장영역에서 측정하였다. 자외선-가시광선 분광광도계 내의 금속재질의 시료 잡이에 연결된 항온순환수조를 통해 수화겔의 온도를 조절하면서 이에 따른 투광도 변화를 측정하여 도 3에 나타내었다.
도 3에서 보는 바와 같이, 수화겔 온도가 흐림점 이하인 25℃일 때는 가시광선영역과 근적외선 영역(약 500-900 nm)에서 투광도가 평균 95% 이상이었고, 흐림점 이상인 40℃일 때는 측정한 300-900㎚ 파장영역에서 모두 투광도가 1% 이하로 나타났다.
따라서, 본 발명에 따른 스마트 윈도우는 광열전환물질을 함유하는 온도감응성 수화겔을 포함함으로써 흐림점 이하에서는 태양광을 투과하고, 흐림점 이상에서는 태양광을 차단하여 온도에 따라 투광도를 조절할 수 있음을 알 수 있다.
< 실험예 3> 광열전환물질을 함유하는 온도감응성 수화겔의 투광도 변화의 가역성
본 발명에 따른 광열전환물질을 함유하는 온도감응성 수화겔을 이용한 스마트 윈도우의 투광도 변화의 가역성을 알아보기 위하여, 산화그래핀이 포함된 온도감응성 수화겔의 온도를 반복적으로 조절하여 그에 따른 투광도 변화를 측정하였다. 구체적으로, 상기 실험예 2와 동일한 방법으로 외부 온도를 흐림점 이하인 25℃ 및 흐림점 이상인 40℃로 조절하는 과정을 4회 반복하여 600 nm 파장의 투광도를 측정하여 도 4에 나타내었다.
도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 광열전환물질을 함유하는 온도감응성 수화겔은 외부 온도가 여러 번 반복하여 변하더라도 25℃일 때는 투광도가 평균 94%이고, 40℃일 때는 투광도가 평균 1% 이하로 나타남으로써 우수한 투광도 조절 성능을 유지하기 때문에 스마트 윈도우에 유용하게 사용될 수 있다.
< 실험예 4> 광열전환물질을 함유하는 온도감응성 수화겔을 이용한 스마트 윈도우의 태양광 조절 성능 측정
본 발명에 따른 광열전환물질을 함유하는 온도감응성 수화겔을 이용한 스마트 윈도우의 능동적인 태양광 조절 성능을 알아보기 위해, 실시예와 비교예를 통해 제조한 스마트 윈도우를 태양광에 노출시켜 능동적인 태양광의 차단여부를 관찰하여 도 5 및 도 6에 나타내었다. 측정 시험은 실외 온도가 흐림점보다 낮은 32℃이었고, 태양광이 강한 오후 2시에 시행되었다.
도 5 및 도 6에서 보는 바와 같이, 시험 초기 상태에는 두 윈도우 모두 투명하여 태양광을 투과시키지만(도 5a 및 도 6a 참조), 2분 후의 관찰 결과를 보면 광열전환물질인 산화 그래핀이 포함된 실시예의 윈도우 장치만이 태양광을 차단하고 있음을 알 수 있다(도 5b 및 도 6b 참조). 즉, 광열전환물질 없이 온도감응성 수화겔로 이루어진 비교예의 스마트 윈도우는 태양광이 강하더라도 실외 온도가 흐림점보다 낮아 스마트 윈도우가 투명하여 태양광을 차단하지 못했으나, 본 발명에 따른 광열전환물질을 함유하는 온도감응성 수화겔을 이용한 스마트 윈도우는 실외 온도가 흐림점보다 낮더라도 태양광이 강한 경우 태양광이 광열전환물질에 의해 열로 전환되어 수화겔에 전달됨으로써 수화겔의 온도 상승에 의해 불투명해져 태양광을 차단함을 확인하였다.
따라서, 위 결과로부터 본 발명에 따른 광열전환물질을 함유하는 온도감응성 수화겔을 이용한 스마트 윈도우는 실외 온도 및 태양광의 세기에 의해서도 능동적으로 태양광을 조절할 수 있으므로, 기존의 스마트 윈도우를 대체하여 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 스페이서; 상기 스페이서의 의해 서로 마주보도록 임의의 간격으로 배치되어 있는 두 장의 기판; 상기 두 장의 기판 사이에 삽입된 형태의 온도감응성 수화겔; 상기 온도감응성 수화겔 내부에 균일하게 분포되어 있는 광열전환물질; 상기 온도감응성 수화겔을 팽윤시키는 팽윤액; 및 상기 기판과 스페이서를 함께 밀봉하는 실란트를 포함하는 스마트 윈도우.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판은 투명하여 빛의 투과가 가능한 유리, 플라스틱 및 금속 중에서 선택되는 단일 또는 복합 재료인 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도감응성 수화겔은 N-이소프로필아크릴아미드, N-n-프로필아크릴아미드, N,N '-디메틸아크릴아미드, N,N '-디에틸아크릴아미드, 메타크릴산, 2-하이드록시메타크릴산, 및 N-2-디에틸아미노에틸 아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 단량체가 공중합된 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도감응성 수화겔은 가교제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 가교제는 N,N,-메틸렌비스아크릴아미드, 디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트 및 디메타크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트 및 디메타크릴레이드, 테트라(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 디비닐벤젠, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 및 폴리(에틸렌 글리콜) 디아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 광열전환물질은 그래핀, 산화그래핀, 환원-산화그래핀, 산화철(II) 나노입자, 산화철(III) 나노입자, 및 금 나노입자로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도감응성 수화겔에 혼합되는 광열전환물질의 함량은 수화겔 건조 중량의 0.01 내지 50중량%인 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 팽윤액은 증류수 단독이거나, 또는 증류수에 결빙을 방지하기 위하여 메탄올, 에탄올, 에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜 및 글리세린으로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 유기용매를 혼합한 혼합 용매인 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 실란트는 에폭시 수지, 아크릴 수지, 폴리설파이드 실란트, 이소부틸렌 실란트, 내습성 아크릴 접착제, 접착성 고무, 급속 경화플라스틱, 금속 테이프 및 불소 수지 테이프로 이루어지는 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 스마트 윈도우.
  10. 광열전환물질을 함유하는 온도감응성 수화겔 전구체 용액을 제조하는 제1단계; 상기 수화겔 전구체 용액을 스페이서가 포함된 두 장의 기판 사이에 삽입한 후 겔화시켜 수화겔을 제조하는 제2단계; 및 스페이서와 기판을 실란트로 밀봉하여 스마트 윈도우를 제조하는 제3단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    제 1 항의 스마트 윈도우의 제조방법.
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