투명 토스트기·식지않는 손난로·발열의류 등 꿈의 상품 나온다…고려대 윤석구 교수님, 3차원 유연 투명소재 개발 성공

[글로벌이코노믹 노정용 기자] 투명 토스트기·식지않는 손난로·온열치료기·입자마자 따뜻해지는 발열의류 등 소위 꿈의 상품이 생산될 수 있는 길이 열렸다.

고려대 기계공학부 윤석구 교수팀은 최근 구리 섬유를 이용하여 300%까지 잡아 늘리고 섭씨 300도까지 발열 가능하며 3차원 구조의 형성이 가능한 투명 발열 히터를 개발했다.
이 투명 발열체를 활용할 경우 전기적·기계적 안정성이 높고 다양한 형태의 구조로 제작이 가능하여 온열치료용 의료기기 제작뿐만 아니라 투명 토스트기, 발열의류, 휴대용 난방기(손난로) 등 실생활에 유용한 제품 생산이 가능해진다.

이와 함께 수초 내로 유리에 형성된 결빙과 성에를 제거할 수 있어 자동차 유리, 대형 광고판 및 가로등 등에도 응용이 가능하다.

현재 발열 히터로 사용하는 재료로 CNT(carbon nano tube), 그래핀 등 나노탄소 소재가 가장 많이 사용되고 있다. 그러나 이 소재들은 유연성과 투과도가 낮은데다가 낮은 발열 효율의 단점을 지니고 있다. 반면에 은 나노와이어(AgNW)는 연성과 전기 전도성이 우수하고 지름이 수 나노미터(nm, 1미터의 10억분의 1) 수준으로 작아 고성능 투명 발열체 재료로 각광받고 있지만, 와이어간의 높은 접촉 저항에 따른 낮은 전기 전도성 및 은 나노와이어의 낮은 열내구성 등의 각종 문제점을 지니고 있는 것으로 드러났다.

윤석구 연구팀은 인듐주석산화물 및 은 나노와이어의 단점을 극복하기 위해 지름 수 백 나노미터 크기(머리카락 굵기의 수백분의 1 수준)의 고분자 나노섬유를 제조한 후 이 나노섬유 표면에 구리 전기도금을 하고 그물 형태의 구리섬유를 만든 다음 탄성이 우수한 고분자인 Silicon rubber(ECO flex)에 결합시켜 고신축성 투명 발열체를 개발하는 데 성공했다.

구리 섬유 투명 발열체는 구리 고유의 우수한 전기 전도성에 그물 형태의 네트워크 구조가 더해져 현재 은 나노와이어 기술에 비해 수십 배 이상 전기 전도성이 우수하여 1.5V의 작은 전압을 인가하여 328도의 고온 발열과 인장 강도 300% 늘어나도 작동하는 우수한 성능이 확인됐다고 연구팀은 설명했다.

윤석구 교수는 “본 투명 발열체는 곡률반경 1mm 이하로 구부릴 수 있을 뿐만 아니라 300%이상 늘려도 발열 성능을 유지할 수 있고 저전력 투명 발열체로서, 전기 히터 등의 가전제품 뿐 아니라 차세대 착용형 및 개인 열관리 분야에 활용할 수 있는 기술을 마련하게 됐다”고 밝혔다.
한편 이번 연구결과는 세계적인 권위의 네이처(Nature) 자매지인 NPG 아시아 머티리얼스(NPG Asia Materials)에 개재됐다. 고려대 윤석구 교수가 교신(책임)저자로 고려대 조홍석(박사과정) 연구원과 안성필(석·박사통합과정) 연구원이 공동 제 1저자로 참여했다.
노정용 기자 noja@