국내 연구진이 인간의 땀샘을 모사해 주변 환경에 따라 수축과 팽창이 자유로운 박막을 개발했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 사람의 피부 표면 온도와 비슷한 31℃에서 온도가 낮으면 팽창해 구멍이 닫히고, 높으면 자동으로 열려 열 방출을 전원 없이 조절 가능한 방열(放熱, heat sink) 소자를 개발했다고 9일 밝혔다.

향후 스마트폰과 같은 유연전자 소자의 발열 해결 등에 활용될 것으로 전망된다. 이번 성과의 핵심은 땀샘과 같이 유연한 박막 환경에서 온도에 따라 냉각을 조절한다는 점이다.

연구진은 온도에 따라 물의 흡수량이 달라지는 온도 반응성 하이드로겔을 마치 ‘풍차’와 같은 모양으로 만들어 일정 온도보다 낮으면 물을 머금어 팽창해 닫히고, 온도가 높아지면 물을 배출해 수축하는 밸브를 만들었다.

이 방열소자의 크기는 3 cm x 3 cm 크기로 인공 땀샘 2만 개가 들어있다. 소자 두께는 70㎛(마이크로미터‧1㎛는 100만 분의 1m)며, 땀샘의 단위구조인 셀의 크기는 100㎛, 밸브는 20㎛ 크기의 수준이다.

박막의 구조는 두 개의 층으로 구분돼 위층은 프레임으로 단위구조 셀을 지지해 주는 역할을 한다. 아래층은 밸브 구조로 제작돼 고분자간 결합을 통해 유연한 박막 형태의 냉각 소자를 만들었고, 내부는 용매인 물로 채워지게 된다. 특히 팽창과 수축을 반복하는 밸브는 사람의 땀샘 크기와 유사하게 설계됐다. 이 기술은 국내·외 특허출원을 한 상태다.

연구진은 구조 성능 입증을 위해 온도에 따른 증발량을 측정한 결과 기존 박막에 비해 저온에서 증발이 30% 가량 억제됨을 보였다. 반복 실험으로 구조체가 일정한 성능을 유지하고, 인공 땀샘으로의 기능도 입증했다. 연구진은 이 기술로 향후 크기의 대면적화도 가능하다고 설명했다. 연구진은 열전소자의 히트싱크(방열판)로 활용해 무전원 유연소자를 만드는 게 목표다.

ETRI 신소재연구실 문승언 박사(교신저자)는 “향후 열전소자와 결합해 특정 부위 약물 투여, 인공피부 등과 같은 웨어러블 소자의 전원으로 발전시킬 계획”이라고 말했다. 상용화는 2년 내로 전망했다.

이번 연구는 국가과학기술연구회 창의형 융합연구사업과 산업통상자원부 소재부품기술개발사업, ETRI 미래핵심도전 연구개발사업의 지원으로 수행됐다.

연구 성과는 세계적 학술지‘어드벤스드 머터리얼스(Advanced Materials)’ 온라인 판에 게재됐다.

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출처 : http://news1.kr/articles/?3812593