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차세대 입는 히터 개발…나노물질 맥신 기반의 기능성 히터

2019-06-28박응서 기자

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

추위에 약한 사람들에게 필요한 획기적인 옷이 등장할 전망이다. 국내 연구진이 옷을 따뜻하게 만들어 줄 수 있는 차세대 웨어러블 히터를 개발했기 때문이다.

한국과학기술연구원(KIST) 물질구조제어연구센터 구종민 센터장과 연세대 나노고분자연구실 박철민 교수 공동 연구팀이 나노 신물질인 맥신(MXene)을 이용해 유연하고 대면적으로 제작할 수 있는 차세대 투명 웨어러블 히터를 개발했다고 27일 밝혔다.

전기 히터는 공간 가열, 자동차와 빌딩 서리 제거, 의료 기기처럼 다양한 분야에서 널리 이용되고 있다. 최근에는 유연 전자 소자나 헬스 케어 분야에 응용할 수 있는 기능성 히터가 주목 받고 있다. 하지만 투명성과 기계적 유연성이 필수다.

이 같은 특성을 만족하는 차세대 히터를 개발하려고 연구진들은 금속 나노와이어, 그래핀, 산화 그래핀을 환원시키는 방식을 중점적으로 연구해왔다. 그러나 금속 나노와이어는 비싼 재료값, 큰 밀도, 기계적 유연성 부족, 제한적인 공정이 단점으로 지적됐다. 또 그래핀은 대면적으로 제작하기 힘든 공정 문제가 단점이다. 산화 그래핀을 환원시키는 방식은 상대적으로 낮은 전기전도도와 공정에서 유해물질이 발생하는 단점이 있다.

KIST 구종민 센터장은 금속과 같은 수준의 높은 전기 전도도(106S/m)를 갖는 2차원 나노재료인 맥신을 개발했다. 이 맥신 소재(Ti3C2)는 높은 전기전도도를 가질 뿐만 아니라 표면에 많은 친수성 그룹(-OH)을 포함해 용액공정을 할 수 있다. KIST 구종민 센터장 연구팀은 이런 맥신을 활용해 히터를 개발해 다른 후보물질이 해결하지 못하던 문제를 해결했다.

 

KIST 구종민 박사팀은 연세대 박철민 교수팀과 공동연구로 개발한 투명한 웨어러블 히터 실물 사진. 사진제공 KIST

KIST와 연세대 공동연구진은 다양한 기판에 수십 나노 수준으로 얇은 2차원 박막을 구현했다. 맥신의 우수한 전기적 성질을 활용해 빠른 응답속도와 우수한 성능을 보이는 히터를 개발했다. 또 고분자 기판에 박막을 만들어 유연하면서도 큰 면적을 갖는 히터 소자에 적용할 수 있음도 보였다. 나아가 다양한 섬유 위에 맥신 히터를 제작해 바느질과 직조 가능한 새로운 방식의 입는 방식인 웨어러블 히터를 제시했다.

KIST 구종민 센터장은 “우수한 광 투과도를 가지는 맥신 히터를 세계 최초로 제시하고, 실생활에 사용 가능한 고분자 섬유위에 코팅해 차세대 웨어러블 히터를 개발했다”며 “장기적으로 차세대 2D 전기 소자에 활용할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이 연구 결과는 과학전문지인 ‘에이씨에스 나노’ 최신호에 게재됐다.

 

박응서 테크엠 기자  gopoong@techm.kr