보도자료
히터를 입는다, 차세대 웨어러블 히터 개발
- 등록일 : 19-06-27
- 물질구조제어연구센터 구종민 박사팀
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- 용액 공정 기반의 투명하고 유연한 2차원 대면적 히터 개발
- 2차원 신 나노물질 맥신(MXene) 기반의 차세대 기능성 히터로 각광
한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 물질구조제어연구센터 구종민 센터장과 연세대학교 나노고분자연구실 박철민 교수 공동 연구팀은 각광받는 2차원 나노 신물질인 맥신(MXene)을 기반으로 한 유연하고, 대면적으로 제작이 가능한 차세대 투명 웨어러블 히터를 개발했다고 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 위하여 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 다루어왔다. 그러나 금속 나노와이어는 비싼 재료값, 큰 밀도 및 기계적인 유연성 부족, 제한적인 공정이 단점으로 지적 되었다. 또한, 그래핀은 대면적으로 제작하기 힘든 공정상의 문제가 단점이고, 산화 그래핀을 환원 시키는 방식은 상대적으로 낮은 전기전도도 및 공정에서 발생하는 유해물질이 문제로 지적받았다.
KIST 구종민 센터장은 금속과 같은 수준의 높은 전기 전도도(106S/m)를 갖는 2차원 나노재료인 맥신(MXene)을 개발한 바 있다.(※Science 353, Issue 6304, 2016) 이 맥신(Ti3C2) 소재는 높은 전기전도도 뿐만 아니라 표면에 많은 친수성 그룹(-OH)을 포함하고 있어 용액공정을 가능하게 할 수 있다. KIST 구종민 센터장 연구팀은 이러한 맥신을 활용하여 용액공정을 통한 히터를 개발하여 다른 후보물질들이 해결하지 못했던 문제를 해결하였다.
KIST-연세대 공동연구진은 이번 연구를 통해 다양한 기판에 수십 나노 수준의 얇은 2차원 박막을 구현하였으며, 맥신의 우수한 전기적 성질을 활용하여 빠른 응답속도 및 우수한 성능을 보이는 히터를 개발했다. 또한, 고분자 기판위에 박막을 형성하여 유연하면서도 큰 면적을 갖는 히터 소자에 적용할 수 있음을 보였다. 나아가, 실용적인 히터 제작을 위해 다양한 섬유 위에 맥신 히터를 제작하여 바느질 및 직조 가능한 새로운 방식의 입는 히터 방식(웨어러블)을 제시하였다.
KIST 구종민 센터장은 “우수한 광 투과도를 가지는 맥신(Ti3C2) 히터를 세계 최초로 제시하고, 실생활에 사용 가능한 고분자 섬유위에 코팅하여 차세대 웨어러블 히터를 개발하였다.”며 “향후 맥신 박막을 기반으로 한 향상된 히터를 구현할 수 있을 것으로 기대되며, 장기적으로는 용액공정을 활용한 차세대 2D 전기 소자에 적용이 가능할 수 있을 것으로 사료된다”고 밝혔다.
본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유영민) 지원으로 KIST 기관고유사업과 한국연구재단 도약과제, 중견 연구자 사업, 미래 소재 디스커버리 사업으로 수행되었다. 본 연구 결과는 과학전문지인 ‘ACS Nano’ (IF:13.709, JCR 분야 상의 4.035%) 최신호에 게재되었다.·
*(논문명) Shape-Adaptable 2D Titanium Carbide (MXene) heater
- (제 1저자) KIST 물질구조제어연구센터 유승건 연구원((現)한국전기연구원 선임연구원)
- (제 1저자) 연세대학교 나노고분자재료연구실 박태현 연구원
- (교신저자) KIST 물질구조제어연구센터 구종민 센터장
- (교신저자) 연세대학교 나노고분자재료연구실 박철민 교수
<그림설명>
(a) 용액공정을 통해 제작한 맥신 박막 개략도.
(b) 전압을 인가하였을 때 발열하는 맥신 히터의 IR 카메라 사진.
(a) 맥신이 고분자섬유 표면에 코팅된 고분자 섬유 히터 개략도.
(b) 바느질 및 직조가 가능한 차세대 웨어러블 히터 사진 및 IR 카메라 사진.