광변색 소자(ECDs)는 빛 투과를 동적으로 제어할 수 있어 디스플레이, 자동차 시스템, 스마트 윈도우 등 다양한 응용 분야에서 널리 사용되고 있다. 그러나 ECD의 상용화는 특히 저온 환경에서 이온 이동성이 감소하여 ECD 성능을 크게 제한함에 따라 광변색 전환 속도가 느리다는 점 때문에 저해되고 있다. 본 연구는 고투과도 ZnO/Ag/ZnO 투명 히터(TH)를 ECD와 결합하여 통합 광변색 소자(IECDs)를 구성함으로써 이러한 한계를 해결한다. IECDs는 특히 영하 조건에서 표백 및 착색 과정 모두에 대한 응답 효율이 현저히 향상되는 것을 보여준다. 예를 들어, 약 17.9 °C에서 가열된 IECD는 가열하지 않은 비교군 대비 표백 반응 속도는 235.8%, 착색 반응 속도는 54.7% 증가하여 놀라운 성능 향상을 달성한다. 또한 IECDs는 가열하지 않은 ECD에 비해 더 넓은 광 투과 범위를 나타내며, 이는 우수한 성능과 범용성을 더욱 강조한다. 본 연구 결과는 영하 온도를 포함한 광범위한 환경 조건에서도 IECDs가 견고한 기능을 유지할 수 있음을 시사한다. 느린 광변색 응답 속도라는 기존의 난제를 효율적으로 해결함으로써, 제안된 IECD 접근법은 신뢰할 수 있는 해결책을 제공하며 자동차 디스플레이, 스마트 윈도우, 에너지 효율적인 건물 시스템과 같은 다양한 응용 분야에서 고성능 ECD를 구현할 수 있는 기반을 마련한다.

투명 히터(TH)는 제빙, 성에 제거, 열 관리와 같은 응용 분야에서 널리 사용되며, 높은 투명성, 낮은 시트 저항, 그리고 구조적 내구성이 요구된다. 본 연구는 ZnO/Cu/SiO₂(ZCS) TH의 설계, 제작 및 성능을 조사하였으며, 특히 열안정성(thermostability)에 초점을 두었다. 유전체/금속/유전체(dielectric/metal/dielectric) 구성에서 금속층으로 Cu를 사용함으로써, ZCS 히터는 인듐 주석 산화물(ITO) 및 Ag 기반 TH에 대한 비용 효율적인 대안이 된다. ZnO(20 nm)/Cu(6 nm)/SiO₂(80 nm)로 구성된 최적화된 ZCS 구조는 탁월한 성능을 보이며, 높은 가시광 투명도(최대 94.8%, 평균 86.3%), 낮은 시트 저항(∼10 Ω/sq 이하), 그리고 빠른 열 응답을 달성하였다. 히터는 발열 소자의 평면 구조(planar structure)로 인해 약 200 °C의 높은 온도에서 장시간 구동 및 반복적인 on-off 사이클링 동안 우수한 안정성을 나타낸다. 이러한 현저한 열안정성은 네트워크 구조의 Cu 나노와이어로 구성된 TH의 성능을 크게 초과하며, 이들은 90 °C 미만에서 실패한다. 바이어스 전압 스위핑(bias voltage sweeping) 조건에서 8 nm 두께의 Cu 층을 포함하는 ZCS TH는 국소적인 공극(void) 형성으로 시작하여, 전면적 고상 탈습(solid-state dewetting)과 Cu 층의 응집(agglomeration)으로 진행되는 점진적이면서 비가역적인 구조 열화가 나타나며, 최종적으로 약 330 °C에서 고장난다. 이러한 결과는 ZCS 히터가 까다로운 환경에서 고성능 투명 가열을 위한 다재다능하고 비용 효율적인 대안임을 입증하며, 더 나아가 구조적 향상을 위한 경로를 제시한다.

Cu 박막층 기반 DMD TEs에서의 최고 기록으로, ITO 전극 값보다 훨씬 뛰어납니다. 또한 향상된 광전자 성능은 전기적, 열적, 기계적 스트레스를 동시에 가혹한 조건에서 가해도 매우 높은 내구성을 유지하여, 유연(optical) 전자소자 분야에서의 중대한 발전 가능성을 보여줍니다.

변형되지 않았고 그 밖에 동일한 구조에 비해 53% 더 큰 값은 Cu 층 기반 TCE에서 기록적인 최고 수준의 값에 해당한다. 또한 본 접근법에서 향상된 TCE 성능은 전기적, 열적, 기계적 스트레스가 중첩된 가혹한 부하 조건에서도 매우 지속 가능함이 입증되었다.

광변색 소자(ECDs)는 빛 투과를 동적으로 제어할 수 있어 디스플레이, 자동차 시스템, 스마트 윈도우 등 다양한 응용 분야에서 널리 사용되고 있다. 그러나 ECD의 상용화는 특히 저온 환경에서 이온 이동성이 감소하여 ECD 성능을 크게 제한함에 따라 광변색 전환 속도가 느리다는 점 때문에 저해되고 있다. 본 연구는 고투과도 ZnO/Ag/ZnO 투명 히터(TH)를 ECD와 결합하여 통합 광변색 소자(IECDs)를 구성함으로써 이러한 한계를 해결한다. IECDs는 특히 영하 조건에서 표백 및 착색 과정 모두에 대한 응답 효율이 현저히 향상되는 것을 보여준다. 예를 들어, 약 17.9 °C에서 가열된 IECD는 가열하지 않은 비교군 대비 표백 반응 속도는 235.8%, 착색 반응 속도는 54.7% 증가하여 놀라운 성능 향상을 달성한다. 또한 IECDs는 가열하지 않은 ECD에 비해 더 넓은 광 투과 범위를 나타내며, 이는 우수한 성능과 범용성을 더욱 강조한다. 본 연구 결과는 영하 온도를 포함한 광범위한 환경 조건에서도 IECDs가 견고한 기능을 유지할 수 있음을 시사한다. 느린 광변색 응답 속도라는 기존의 난제를 효율적으로 해결함으로써, 제안된 IECD 접근법은 신뢰할 수 있는 해결책을 제공하며 자동차 디스플레이, 스마트 윈도우, 에너지 효율적인 건물 시스템과 같은 다양한 응용 분야에서 고성능 ECD를 구현할 수 있는 기반을 마련한다.

투명 히터(TH)는 제빙, 성에 제거, 열 관리와 같은 응용 분야에서 널리 사용되며, 높은 투명성, 낮은 시트 저항, 그리고 구조적 내구성이 요구된다. 본 연구는 ZnO/Cu/SiO₂(ZCS) TH의 설계, 제작 및 성능을 조사하였으며, 특히 열안정성(thermostability)에 초점을 두었다. 유전체/금속/유전체(dielectric/metal/dielectric) 구성에서 금속층으로 Cu를 사용함으로써, ZCS 히터는 인듐 주석 산화물(ITO) 및 Ag 기반 TH에 대한 비용 효율적인 대안이 된다. ZnO(20 nm)/Cu(6 nm)/SiO₂(80 nm)로 구성된 최적화된 ZCS 구조는 탁월한 성능을 보이며, 높은 가시광 투명도(최대 94.8%, 평균 86.3%), 낮은 시트 저항(∼10 Ω/sq 이하), 그리고 빠른 열 응답을 달성하였다. 히터는 발열 소자의 평면 구조(planar structure)로 인해 약 200 °C의 높은 온도에서 장시간 구동 및 반복적인 on-off 사이클링 동안 우수한 안정성을 나타낸다. 이러한 현저한 열안정성은 네트워크 구조의 Cu 나노와이어로 구성된 TH의 성능을 크게 초과하며, 이들은 90 °C 미만에서 실패한다. 바이어스 전압 스위핑(bias voltage sweeping) 조건에서 8 nm 두께의 Cu 층을 포함하는 ZCS TH는 국소적인 공극(void) 형성으로 시작하여, 전면적 고상 탈습(solid-state dewetting)과 Cu 층의 응집(agglomeration)으로 진행되는 점진적이면서 비가역적인 구조 열화가 나타나며, 최종적으로 약 330 °C에서 고장난다. 이러한 결과는 ZCS 히터가 까다로운 환경에서 고성능 투명 가열을 위한 다재다능하고 비용 효율적인 대안임을 입증하며, 더 나아가 구조적 향상을 위한 경로를 제시한다.

Cu 박막층 기반 DMD TEs에서의 최고 기록으로, ITO 전극 값보다 훨씬 뛰어납니다. 또한 향상된 광전자 성능은 전기적, 열적, 기계적 스트레스를 동시에 가혹한 조건에서 가해도 매우 높은 내구성을 유지하여, 유연(optical) 전자소자 분야에서의 중대한 발전 가능성을 보여줍니다.

변형되지 않았고 그 밖에 동일한 구조에 비해 53% 더 큰 값은 Cu 층 기반 TCE에서 기록적인 최고 수준의 값에 해당한다. 또한 본 접근법에서 향상된 TCE 성능은 전기적, 열적, 기계적 스트레스가 중첩된 가혹한 부하 조건에서도 매우 지속 가능함이 입증되었다.

Haacke 성능지표가 구현되었다. TCE는 유연한 기판 위에 제조되어, 독립형 유연 투명 발열체로서의 적용 가능성과 전기변색 소자 내에 통합된 발열체로서의 적용 가능성을 검증함으로써 색 전환 반응을 향상시키고자 한다.

본 연구는 은(Ag) 및 구리(Cu) 나노와이어(NW)와 다양한 섬유 기재(니트 실크, 레이온, 실크 스카프, 포플린 및 폴리에스터)를 사용하여 반복적 dip-and-dry 공정을 통해 가열 가능한 직물을 제조하는 방법을 개발하였다. 기재의 종류, 나노와이어 물질, 및 공정 조건이 전기적·열적 성능에 미치는 영향을 체계적으로 조사하였다. 시험한 다섯 가지 직물 중, 포플린—평직 구조와 높은 섬유 밀도를 특징으로 하는—에서 최저 시트 저항이 관찰되었으며, 상세 열 분석을 위해 선택되었다. Cu 나노와이어는 표면 산화로 인해 빠르게 열화되어, 주변 환경에 노출된 지 18초 이내에 도전성이 완전히 소실되었다. 반면, Ag 나노와이어는 균일한 도전 네트워크를 형성하고 우수한 산화 저항성을 나타내어 안정적이고 신뢰성 있는 줄가열(Joule heating)을 가능하게 하였다. AgNW 코팅 포플린은 열 응답이 빠르며, 5?V 조건에서 목표 온도의 90%에 12초 이내에 도달하였고 정상상태 운전 동안 편차는 0.5% 미만이었다. 가열 거동은 반복적인 on/off 사이클과 10,000분의 연속 운전 동안 안정적으로 유지되었으며, 온도는 3.5%만, 전류는 4.0%만 소폭 감소하였다. 또한 비틀기 및 접기와 같은 기계적 변형 하에서도 일관된 가열 성능이 유지되었다. 본 연구에서 시험된 섬유 기재 가운데 AgNW 코팅 포플린은 가장 안정적인 줄가열 성능을 보였으며, 이는 Ag의 고유한 산화 저항성과 포플린 기재의 평직 구조에 기인한다고 해석된다.

복합재료는 경량화에 유리한 특성으로 인해 운송 분야에서 적용 영역을 확대해가고 있으며, 동시에 다기능화 연구 및 개발이 활발히 이루어지고 있다. 최근 철도차량 분야에서도 발열체가 삽입되어 난방이 가능한 발열 가능 복합 소재 라미네이트 패널의 개발 및 적용 가능성을 검토한 연구가 진행된 바 있다. 선행연구에서 개발된 복합소재의 경우, 내부 전원 인가를 위해 전기 전도성이 높은 테이프 타입의 구리 전극을 사용하였다. 하지만, 발열체와 전극의 표면 특성으로 인하여 접촉 저항이 발생하게 되고, 이는 위치별 저항 차이로 인한 부분적인 과열 현상과 발열 균일도 하락을 유발한다. 본 연구에서는 접촉 저항 개선 및 발열 균일도를 향상하기 위해 전기 전도성이 매우 우수한 은을 전극과 접촉되는 발열체 표면에 코팅하였다. 그리고, 은 코팅에 따른 저항 및 발열 성능의 변화를 측정하고, 통계적인 분석 방법을 통해 발열 균일도의 향상 정도를 정량적으로 평가하였다.