한양대학교 유기나노공학과 한태희 교수 연구팀이 두 종류의 이차원 신소재, 그래핀(Graphene)과 맥신(MXene)을 이용하여 두 신소재의 장점만이 발휘되도록 설계된 필름 형태의 고효율 발열체를 제작했다.

다습한 기후나 차가운 바닷속과 같은 힘든 환경에서도 저전압·저전력으로 구동될 수 있는 필름 형태의 유연 발열체가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 해당 기술은 의료, 군사, 아웃도어 의류 등 다양한 분야에 활용이 가능할 것으로 기대된다.

전기 전도성이 높은 신소재인 맥신은 높은 열효율을 가져 저전압 발열 응용이 매우 기대되는 소재이다. 하지만 낮은 화학적 안정성으로 인해 장기적으로 사용하거나 습도가 높은 극한 환경에서 사용하기에 한계가 있다.

반면 그래핀은 맥신에 비해 전기저항이 높아 열을 내기 위해 높은 구동전압을 요구하지만, 화학적 안정성을 지녀 전열 응용에 적합하다는 장점이 있다.

연구팀은 이러한 두 소재의 장점을 취합하여, 외부 환경에 민감한 맥신 소재에 나노미터 수준의 그래핀 스킨 구조를 적용하여 맥신의 저전압 구동 장점을 살리면서 그래핀의 발열 효율과 산화 안정성을 갖는 샌드위치 형태의 하이브리드 발열 필름을 개발했다.

이 필름은 그래핀, 탄소나노튜브 신소재 발열필름에 비해 최대 80배 낮은 전압에서 구동이 가능하며 맥신 신소재 발열필름에 비해 2배가량 발열 효율을 향상시켰다.

한태희 교수는 “산화 되기 쉬운 성질로 사용에 제약이 있던 신물질 맥신의 적용 분야를 넓히면서 저전압 저전력으로 구동이 가능한 그래핀/맥신 발열체는 향후 많은 분야에 활용될 수 있을 것”이라고 연구의 잠재력을 설명했다.

이번 연구논문의 제 1저자인 강동준 박사과정은 “이번에 개발된 그래핀 스킨은 용액공정을 이용한 대량생산이 가능하며 간단한 스프레이 공법으로도 제작할 수 있어 고효율의 투명 발열 창으로도 응용이 가능한, 매우 실용적인 나노 복합기술”이라고 밝혔다.

이번 연구(논문명: Impermeable Graphene Skin Increases the Heating Efficiency and Stability of an MXene Heating Element)는 재료공학 및 기초과학 분야 세계적 학술지인 「Small」 7월 온라인 판에 게재됐다. 이 연구는 한국연구재단과 미 국방부 산하 국제 기술개발 센터의 지원을 받아 수행됐다.


*에듀진 기사 URL: http://www.edujin.co.kr/news/articleView.html?idxno=43597
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