[줌 인 피플] 피부·옷감에 붙일 수 있는 '투명 히터' 개발에 참여한 안병완 연구원

[줌 인 피플] 피부·옷감에 붙일 수 있는 '투명 히터' 개발에 참여한 안병완 연구원

2015.12.30. 오후 4:00
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[앵커]
국내 연구진이 손이나 옷에 붙여서 열을 낼 수 있는 투명한 히터를 개발했습니다.

잡아당기거나 늘려도 온도가 변하지 않고 그대로 유지된다고 하는데요, 자세한 내용, 연구에 참여한 울산과학기술원 신소재공학부 안병완 연구원과 함께 알아보겠습니다. 연구원님, 안녕하세요?

손이나 옷에 붙여서 보온용으로 사용할 수 있는 '투명 히터'를 개발하셨다고 들었는데요, 어떻게 투명한 히터를 개발하게 되셨는지 연구 과정이 궁금하네요.

[인터뷰]
이번 연구는 아주 가늘고 긴 전도성 실을 뽑는 데서 시작되었습니다. 1초에 수 미터에 달하는 전도성 실을 뽑아낼 수 있는데 이 실을 가지고 그물을 제작합니다. 실 자체가 아주 얇아 눈에 잘 보이지도 않고 또 그물 모양이라 비어 있는 공간이 많아서 투명합니다.

다만 실제로는 실들이 서로 연결되어있어 전기가 통해서 투명 전극으로서 역할을 할 수 있습니다. 이렇게 만들어진 투명 전극은 기존 전극보다 저항이 10가량 낮고 '메탈릭 글래스'라는 신소재를 이용하여 만들었기에 고온에서도 산화되지 않고 전도도가 유지되는 특성이 있습니다. 그리고 다른 금속들에 비하여 훨씬 6배에서 8배가량 잘 늘어나는 성질이 있어 투명전극의 신축성을 극대화할 수 있었습니다.

개발된 투명 전극의 낮은 저항과 좋은 내열성을 이용하여 투명 히터를 만들게 되었습니다.

[앵커]
'메탈릭 글래스'라는 신소재가 사용됐다는 말씀을 해주셨는데요, 어떤 장점이 있는 건가요?

[인터뷰]
'메탈릭 글래스'라는 신소재를 같은 학교의 김주영 교수님 연구실을 통해 처음 알게 되었습니다. 이 메탈릭 글래스는 다른 금속에 비해서 훨씬 더 잘 늘어나는 성질을 가지고 있습니다. 그래서 활용해서 실을 만들게 되면 다른 금속으로 만든 실보다 더 잘 늘어나고, 끊어지지 않아 많이 잡아당겨도 투명 전극의 저항에 변화가 없다는 장점을 갖고 있습니다.

또 구리나 철같이 다른 금속처럼 녹슬지 않아 고온에서 장시간 사용하여도 다른 문제점이 없습니다. 또 열에 의한 구조의 변화가 없어 기계적 성질 또한 일정하게 유지되는 장점이 있습니다. 투명 전극에 사용하기에는 정말 딱 적절한 신소재라고 생각하고 이런 공동 연구를 통해 몰랐던 분야의 새로운 부분을 공부할 수 있는 좋은 시간이었습니다.

[앵커]
그렇다면 이번에 개발된 '투명 히터'는 얼마나 따뜻한 건가요?

[인터뷰]
투명 히터의 온도는 히터에 얼마의 전압을 걸어주느냐가 결정합니다. 3~7V를 걸 줌으로써 100도에서 200도에 달하는 온도를 조절할 수 있습니다. 보통 7V 정도를 걸어주면 180도까지 온도가 올라갑니다. 일반적인 건전지 3~4개로 200도에 가까운 온도를 낼 수 있는 거죠.

연구 결과처럼 손끝에 히터를 장착하여 물방울을 순식간에 증발하게 만들 수도 있습니다. 당연히 사람 피부에 부착하도록 만든 부착형 히터의 경우 전압, 전류 등을 통해 사람 체온보다 약간 높은 30~50도 사이에서 온도를 조절할 수 있고, 이를 조절하는 무선 블루투스 모듈 또한 제작하였습니다. 이 모듈을 통해 스마트 폰으로 외부 환경에 맞게 온도 조절이 가능합니다.

[앵커]
'투명 히터'의 성능에 대해서 좀 더 구체적으로 설명해주시죠.

[인터뷰]
일단 이번 연구에는 개발된 투명 전극을 발열 기능에 맞춰 히터로 구현하는 연구에 중점을 두었습니다. '메탈릭 글래스'라는 신소재를 사용하기도 하였고 그물 구조의 특성상 신축성이 매우 뛰어나 70%가량 늘려도 온도가 유지되고 전도성도 유지되는 결과를 얻었습니다.

100도가 넘는 온도에서 히터를 늘리게 되면 다른 금속을 이용한 전극의 경우 저항이 급격하게 높아져 히터가 작동하지 않거나 부분적으로 온도가 저하되는 현상을 보입니다. 이번에 개발된 메탈릭 글래스를 이용한 히터의 경우 70%가량 늘려도 대부분 면적에서 같은 온도로 발열 가능한 성능을 보였습니다. 현재까지 학계에 보고된 전극들하고 비교해보았을 때 매우 좋은 결과라고 생각하고 있습니다.

이 투명 전극을 단순히 히터가 아니라 다른 웨어러블 전자기기 등에도 접목한다면 다양한 발전 가능성이 있을 거라고 생각합니다.

[앵커]
대량 생산도 가능한가요? 어떤 분야에 활용될 수 있을까요?

[인터뷰]
이번 연구를 통해 개발된 공정방법을 이용하면 10초 만에 A4 크기보다 큰 수준의 투명 전극을 만들 수 있습니다. 기존 투명전극의 단점이었던 구부릴 수 없다는 단점을 극복하기 위하여 다양한 대체 전극들이 개발되었으나 공정 단가가 비싸거나 공정시간이 오래 걸리는 등 많은 문제점이 있어 상용화가 힘든 단점이 있었습니다.

이런 단점들을 극복하면서도 기존 투명전극보다 10배 낮은 저항값과 높은 신축성을 가지는 전극을 만들었기에 충분히 산업화 관점에서도 가능성이 크다고 생각하고 있습니다. 현재 투명 전극을 단순히 체온 유지 개념이 아니라 근육통 및 통증을 느끼는 부위에 부착하여 언제나 열 찜질을 함으로써 통증을 완화하는 의학적 접근도 가능합니다.

또 연구 결과에서처럼 순식간에 물을 증발하게 만들 수 있어서 다양한 형태의 장비를 만들 수 있다고 생각합니다. 또 다양한 옷감 등과 결합하여 바다 혹은 추운 환경 등의 극한 환경에서 작업하시는 분들을 위한 작업복 등에도 활용이 가능할 것으로 생각됩니다.

[앵커]
이번 연구 내용과 관련해서 국내 과학계에서는 어떤 반응을 보였나요?

[인터뷰]
이번 연구결과가 기사로 보도된 이후에 정말 많은 곳에서 관심을 보여서 정말 감사한 마음입니다. 연구 결과 자체가 산업적으로도 충분한 가치가 있는 만큼 다양한 기업에서도 관심을 보이고, 또 연구결과를 바탕으로 다양한 공동연구가 진행되고 있습니다.

또 이번 연구결과를 바탕으로 그 전에 진행했던 선행 연구에도 접목할 수 있어서 기존의 연구 결과들을 끌어올려 좀 더 멋진 결과를 보여드릴 수 있을 것 같습니다. 또 기업에서 보여주시는 관심을 바탕으로 투명 히터 혹은 투명 전극이 상용화에 이를 수 있도록 노력할 예정입니다. 이번 연구결과에 많은 관심을 가져주셔서 정말 기분이 좋습니다.

[앵커]
그렇다면 이번에 개발된 '투명 히터'가 상용화되면, 전자소재 시장에서 어떤 효과를 거둘 수 있을 것으로 예상하시나요?

[인터뷰]
투명 히터가 상용화되면 웨어러블 기기들에 여러 가지 가능성이 열릴 거라고 생각됩니다. 투명 히터 자체만으로도 다양한 전자기기를 만들 수 있다고 생각합니다. 발열이 가능한 옷감을 이용한 다양한 옷부터, 200도가량의 고온까지 가능하기에 이를 이용해 다양한 캠핑 장비들도 구현이 가능할 것으로 보입니다.

또 투명 전극을 히터 외에 다양한 전자기기들에 접목 가능할 것으로 생각됩니다. 휘어지는 투명 디스플레이나 다양한 곳에 부착 가능한 센서 렌즈, 안경 등과 일체화된 디스플레이 등 아직 재료의 한계로 인해 상용화되기 힘들거나 개발 단계에 있는 여러 전자기기를 상용화의 문턱까지 끌어올릴 수 있는 돌파구 역할을 할 수 있을 것 같습니다.

[앵커]
앞으로 남은 추가 연구 계획에 대해서도 전해주시죠.

[인터뷰]
연구를 통해 개발된 연구가 단순한 연구결과로 남기보단 직접 일상생활에 영향을 미치는 그런 연구를 하고 싶습니다. 현재 개발된 투명 전극의 장점을 더 극대화해서 늘어나는 투명 디스플레이, 반도체 소자, 다양한 스마트 센서 등을 개발하고 이를 하나로 모아 조절이 가능한 시스템을 만드는 것이 목표입니다.

아직 투명 전극 외에도 연구하거나 개발해야 할 공정 방법 및 재료들이 많습니다. 하나하나 이런 부분들을 연구해 가다 보면 실제로 상상만 하던 다양한 웨어러블 디바이스들을 만들 수 있을 것이고 이런 일들이 실제로 가능하다면 우리의 일상생활은 정말 큰 변화를 맞이하게 될 것입니다.

이러한 일을 실제로 구현하기 위해 더욱더 연구에 매진할 계획입니다.

[앵커]
지금까지 피부에 붙일 수 있는 '투명 히터' 개발에 참여한 울산과학기술원 신소재공학부 안병완 연구원과 함께 이야기 나눴습니다. 감사합니다.


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