Fabrication of polyurethane capsules for dye-doped PDLC-based smart windows

Abstract

스마트 윈도우란 열, UV, 전기 등 외부 자극에 대해 색 등이 변하여 빛의 투과도를 조절하는 유리이다. 이는 건물 또는 자동차의 창문에 적용하여 태양광의 양을 조절하여 에너지 효율을 높이거나 프라이버시 보호 기능 같은 부가 기능을 추가할 수 있는 효과를 기대할 수 있으며, 대형 전광판이나 유연 디스플레이 등에도 이용할 수 있다. 이러한 스마트 윈도우는 작동하는 방식에 따라 소비자가 원하는 때에 빛을 조절 할 수 있는 능동형 스마트 윈도우와 환경에 따라 자동으로 변하는 수동형 스마트 윈도우로 나눌 수 있는데, 능동형 스마트 윈도우의 대표적인 예로 고분자 분산형 액정을 들 수 있다. 고분자 분산형 액정은 고분자 매트릭스에 액정 방울이 분산된 형태로 전기장이 없는 상태에선 고분자와 분산된 액정의 굴절률 차이로 빛이 산란되어 뿌옇게 보이고, 전기장이 존재할 경우 분산된 액정의 굴절률이 변하며 두 물질의 굴절률이 일치하여 투명하게 보이는 스마트 윈도우를 뜻한다. 본 논문에서는 이러한 고분자 분산형 액정에 염료를 첨가할 경우 발생하는 고분자 매트릭스의 염료 오염 문제를 캡슐을 이용하여 해결하고자 하였다. 서론에는 염료 첨가 고분자 분산형 액정과 염료 오염 문제, 문제 해결의 필요성 등을 기술하였고, 배경 이론에는 스마트 윈도우와 염료 오염 문제를 방지하기 위한 여러 가지 캡슐 제작 방법을 설명하였다. 막 유화법과 폴리우레탄 계면 중합을 이용하여 액정과 염료를 성공적으로 캡슐화하였고, 제작된 캡슐은 단분산의 4.5 μm의 크기를 가졌다. 제작된 캡슐은 SEM, TEM, 광학현미경을 이용하여 액정을 포함한 캡슐임을 관찰하였고, 캡슐화되는 과정과 염료의 확산 방지 여부 또한 FT-IR을 통하여 확인하였다. 또한, 이 캡슐을 이용하여 스마트 윈도우를 만들 수 있었고, 장치가 작동되는 것 또한 확인 할 수 있었다. 이렇게 제작된 스마트 윈도우는 염료 오염을 방지함과 동시에 높은 대비와 향상된 안정성을 기대할 수 있다. 이와 같은 고분자 캡슐의 제작과 스마트 윈도우에 대한 응용에 관한 본 연구로부터 고분자 분산형 액정에 대한 넓은 활용과 상용화를 기대해 본다.