극한 환경에서도 저전압 구동…신축성 투명 히터 개발

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국연구재단은 한국기술교육대학교 배진우 교수 연구팀이 고투명·고신축성·비휘발성 이오노겔 전극과 유전층을 활용해 극한 환경 안정성을 갖춘 저전압 구동 신축성 투명 히터를 개발했다고 4일 밝혔다.

최근 스마트 및 웨어러블 전자기기의 수요가 급증하면서 신축성과 투명성을 동시에 갖춘 히터의 기술적 중요성이 크게 부각되고 있다.

그러나 기존 수계 기반 하이드로겔 전극 유전 히터는 투명성과 신축성을 만족하더라도 고온다습 및 저온저습 환경에서의 수분 증발 및 흡수로 성능이 저하돼 실용화에 어려움이 많았다.

연구팀은 문제를 해결하기 위해 비휘발성 이온성 액체를 함유한 이오노겔 전극과 고유전율의 유전층을 설계하고 이들을 공유 결합했다. 이로써 신축성, 투명도, 환경 안정성을 동시에 구현하는데 성공했다.

개발된 히터는 200볼트(V)의 전압에서 80도에 도달하며 기존 하이드로겔 전극 기반 히터 대비 80% 전압 절감을 달성했다. 또 100V의 낮은 전압에서 온열 치료가 가능한 40도에 도달하는 등 저전압 온열치료용 웨어러블 히터의 구현 가능성도 확인했다.

특히 광범위한 온도(4~80도) 및 습도(10~80% 상대습도) 범위의 가혹한 환경 조건에서도 안정적인 성능을 유지했다. 이는 기존 하이드로겔 전극 기반의 히터가 저온저습, 고온다습 등의 극한 조건에서 급격히 성능을 잃어버리는 것과 명확히 대비된다.

또 연구팀은 자율 열 관리 시스템을 시연, 주변 온도가 설정된 목표 온도 이하로 떨어질 경우 히터가 자동으로 작동하는 플랫폼도 구현해냈다. 해당 기술은 웨어러블 히터, 스마트 온실, 차량 유리 성에 방지 시스템 등 다양한 응용 분야에 적용가능하다.

배 교수는 "이번 연구는 기존 하이드로겔 전극의 환경 안정성 한계를 이오노겔 기반으로 극복한데 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 설명했다.

연구팀은 향후 구동 전압 저감에도 초점을 맞춰 웨어러블 디바이스 등 실생활 적용이 가능한 수준으로 기술을 발전시킬 계획이다.

이번 연구의 성과는 재료 분야 국제학술지 '스몰(Small)'에 출판됐다.

jongseo12@news1.kr