공정 간단하고 물리적 유연성 확보, 대면적 제작도 가능 장점
[IT비즈뉴스 김진수 기자] 전기적 특성을 활용한 히터(Heater)가 자동차, 건축, 의료기기와 같은 폭넓은 분야에서 활용되고 있다. 최근에는 유연전자소자, 헬스케어 분야에 응용 가능한 기능성 히터가 주목받고 있어 물리적인 유연성을 제공하면서 투명성을 제공하는 소재기술이 주목받고 있다.
차세대 히터 개발을 위해 그간 금속나노와이어나 그래핀을 사용해왔으나 공정단가가 높고 물리적 특성이 좋지 않아 개선이 필요한 상황에 국내 연구진이 나노 신소재인 맥신(MXene)을 활용해 물리적 유연성과 투명성을 제공하는 히터 소재기술을 개발했다.
27일 한국과학기술연구원(KIST)에 따르면, 구정민 KIST 물질구조제어연구센터장과 박철민 연세대 교수 공동연구팀은 맥신(Mxene)을 활용해 용액공정을 통한 차세대 히터기술을 개발하는 데 성공했다.
맥신은 금속과 같은 수준의 높은 전기전도성을 갖는 2차원 나노소재다. 전이금속 카바이드라고 빌리며 티타늄과 같은 중금속-탄소원자가 결합된 이중원소로 구성된 나노물질이다. 기존 나노소재 대비 제조공정이 간단하고 저비용 생산이 가능하며 전도성이 높은 특징을 갖고 있다.
기존에 히터 기술의 소재로 사용돼 왔던 나노와이어의 경우 공정적인 한계로 유연소자에 적용하기 어려운 점이 있었다. 차세대 히터소자로 주목받았던 그래핀의 경우 높은 전기전도성, 투명성을 제공하지만 대면적 제작이 어려웠다.
특히 산화 그래핀의 경우, 공정과정에서 발생되는 결함으로 인한 전기전도성(열효율)이 떨어지고 유해성 유기물이 필연적으로 발생되는 한계점이 존재했다.
KIST·연세대 공동연구진은 다양한 기판에 수십 나노 수준의 얇은 2차원·대면적 박막을 구현했다. 광학적 성질이 우수한 투명 맥신 박막과 낮은 면저항과 전기적·열적으로 높은 응답성을 갖춘 히터를 제작하고 이를 기반으로 직조(바느질)로 제작, 입어볼 수 있는 웨어러블 히터 개발에 성공했다.
구종민 센터장은 “높은 광 투과도를 제공하는 맥신을 활용한 히터를 제시하고 실생활에 사용 가능한 고분자 섬유위에 코팅하면서 웨어러블 성능까지 확인할 수 있었다”며 “향후 맥신 박막을 기반으로 향상된 히터를 구현할 수 있을 것으로 기대된다. 장기적으로는 용액공정을 활용한 차세대 2D 전기 소자에 적용이 가능할 수 있을 것으로 예상하고 있다”고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 기관고유사업과 한국연구재단 도약과제, 중견 연구자 사업, 미래 소재 디스커버리 사업으로 수행됐다. 연구 결과는 과학전문지인 'ACS Nano' (IF:13.709, JCR 분야 상의 4.035%) 최신호에 게재됐다.