극한 환경에서도 빛을 발하는 차세대 발열 기술이 개발됐다. 웨어러블 히터, 스마트 온실, 차량 유리 성에 방지 시스템 등 다양한 응용 분야에 적용 가능할 전망이다.
한국연구재단은 배진우 한국기술교육대 교수 연구팀이 고투명·고신축성·비휘발성 이오노겔 전극과 유전층을 활용해 극한 환경 안정성을 갖춘 저전압 구동 신축성 투명 히터를 개발했다고 4일 밝혔다.
기존 수계 기반 하이드로겔 전극 유전 히터는 투명성과 신축성을 만족하지만, 고온다습 및 저온저습 환경에서 수분 증발 및 흡수로 인해 성능이 급격히 저하돼 실용화에 한계가 있다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 비휘발성 이온성 액체를 함유한 이오노겔 전극과 고유전율의 유전층을 설계하고, 이들을 공유 결합함으로써 신축성과 투명도, 환경 안정성을 동시에 구현하는 데 성공했다.
개발된 히터는 200V 전압에서 80℃에 도달하며 기존 하이드로겔 전극 기반 히터 대비 80% 전압 절감을 달성했다. 또 100V의 낮은 전압에서 온열 치료가 가능한 40℃에 도달하는 등 저전압 온열치료용 웨어러블 히터 구현 가능성도 확인했다.
광범위한 온도(4~80℃) 및 습도(10~80% 상대습도) 범위의 가혹한 환경 조건에서도 안정적인 성능을 유지했다. 이는 기존 하이드로겔 전극 기반 히터가 저온저습, 고온다습 등 극한 조건에서 급격히 성능을 잃어버리는 것과 명확히 대비된다.
연구팀은 또 자율 열 관리 시스템을 시연, 주변 온도가 설정된 목표 온도 이하로 떨어지면 히터가 자동으로 작동하는 플랫폼도 구현했다. 이어 유전층의 성능을 개선해 구동 전압을 저감하는 후속 연구를 진행, 웨어러블 디바이스 등 실생활 적용이 가능한 수준으로 기술을 발전시킬 계획이다.
배진우 교수는 “이번 연구는 기존 하이드로겔 전극의 환경 안정성 한계를 이오노겔 기반으로 극복한 데 의미가 있다”며 “온열 치료가 가능한 차세대 헬스케어, 투명성과 신축성이 요구되는 차세대 전자 시스템, 형태 변형이 자유로운 소프트 로보틱스 등 다양한 실생활 분야에 적용될 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구성과는 재료 분야 국제학술지 '스몰(Small)'에 지난 2일 게재됐다.
이인희 기자 leeih@etnews.com
