KIST 구종민 박사·연세대 박철민 교수 공동연구팀의 연구원들이 개발한 웨어러블 히터에 전압을 인가해 발열하는 상태를 IR 카메라를 통해 확인하고 있다. [KIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국과학기술연구원(KIST)은 물질구조제어연구센터 구종민 박사와 연세대학교 나노고분자연구실 박철민 교수 공동 연구팀이 유연하면서도 대면적으로 제작이 가능한 차세대 투명 웨어러블 히터를 개발했다고 27일 밝혔다.

전기적 히터는 공간 가열, 자동차 및 빌딩의 서리 제거, 의료 기기 등의 넓은 분야에 유용하게 이용되고 있다. 최근에는 유연 전자 소자나 헬스 케어 분야에 응용되는 기능성 히터들이 주목 받고 있어, 투명성 및 기계적 유연성이 확보된 히터들에 대한 요구가 증가하고 있다. 차세대 기능성 히터 응용을 위해 우수한 성능 및 공정성을 모두 확보할 수 있는 신규 소재 개발이 필요한 시점이다.

차세대 히터를 개발하기 위해 기존 연구들은 금속 나노와이어, 그래핀, 산화 그래핀을 환원시키는 방식 등을 중점적으로 다뤄져왔다. 그러나 금속 나노와이어는 비싼 재료값, 큰 밀도 및 기계적인 유연성 부족, 제한적인 공정이, 그래핀은 대면적으로 제작하기 힘든 공정상의 문제가 단점으로 지적된다.

구종민 박사는 금속과 같은 수준의 높은 전기 전도도를 갖는 2차원 나노재료인 맥신(MXene)을 개발한 바 있다. 이 맥신 소재는 높은 전기전도도 뿐만 아니라 표면에 많은 친수성 그룹을 포함하고 있어 용액공정을 가능하게 할 수 있다.

공동연구진은 이번 연구를 통해 다양한 기판에 수십 나노 수준의 얇은 2차원 박막을 구현했고 맥신의 우수한 전기적 성질을 활용해 빠른 응답속도 및 우수한 성능을 보이는 히터를 개발했다. 또한 고분자 기판위에 박막을 형성해 유연하면서도 큰 면적을 갖는 히터 소자에 적용할 수 있음을 입증했다. 실용적인 히터 제작을 위해 다양한 섬유 위에 맥신 히터를 제작하여 바느질 및 직조 가능한 새로운 방식의 입는 히터 방식(웨어러블)을 제시했다.

구종민 박사는 “우수한 광 투과도를 가지는 맥신 히터를 세계 최초로 제시하고, 실생활에 사용 가능한 고분자 섬유위에 코팅하여 차세대 웨어러블 히터를 개발했다”며 “향후 맥신 박막을 기반으로 한 향상된 히터를 구현할 수 있을 것으로 기대되며, 장기적으로는 용액공정을 활용한 차세대 2D 전기 소자에 적용이 가능할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘ACS 나노’최신호에 게재됐다.

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