ETRI(원장 김명준)는 사람의 피부 표면 온도와 비슷한 31℃에서 온도가 낮으면 팽창해 구멍이 닫히고 높으면 자동으로 열려 열 방출을 전원 없이 조절할 수 있는 방열 소자를 개발했다고 9일 밝혔다.

이번 연구를 위해 연구진은 온도에 따라 물의 흡수량이 달라지는 온도 반응성 하이드로겔을 풍차 모양으로 만들고 일정 온도보다 낮으면 물을 머금어 팽창해 닫히고 온도가 높게 되면 물을 배출해 수축하도록 했다.

연구진이 만든 방열소자의 크기는 3cm ⅹ 3cm 크기로 인공 땀샘 2만개가 들어가 있다. 소자 두께는 70 마이크로 미터(㎛)이고 땀샘의 단위구조인 셀의 크기는 100㎛, 밸브는 20㎛ 크기의 수준이다.

박막의 구조는 두개의 층으로 구분돼 위층은 프레임으로 단위구조 셀을 지지해 주는 역할을 한다. 아래층은 밸브 구조로 고분자간 결합을 통해 유연한  박막 형태의 냉각 소자를 만들었고 내부는 용매인 물로 채워지게 된다. 특히 팽창수축을 반복하는 밸브는 사람의 땀샘 크기와 유사하게 설계됐다.

연구팀이 온도에 따른 증발량을 측정한 결과 기존 박막에 비해 저온에서 30% 가량 증발이 억제됨을 보였다. 반복되는 실험에도 구조체는 일정한 성능을 유지, 인공 땀샘으로의 기능도 입증됐다.

연구팀에 의하면 이번에 개발한 기술은 대면적화도 가능하다. 또 밸브의 패턴은 반도체 공정을 활용했고 고분자 재료로 복제해 만들었다. 이는 모두 상용기술로 대면적 적용이 가능하다.

앞으로 연구팀은 이번 기술을 열전소자의 히트싱크(방열판)로 활용하고 균일하고 높은 출력을 오래 냄으로써 무전원 유연소자로 만들 예정이다. 또 손목시계처럼 착용하면 체온과 같은 생체정보도 주기적으로 센싱이 가능토록 할 계획이다.

연구진은 과제를 통해 SCI급 논문 10편, 국내외 특허출원 8건, 요소기술 관련 기술이전 4건 등을 마쳤다.

연구개발 책임자인 문승언 신소재연구실 박사는 "향후 열전소자와 결합해 특정 부위  약물투여, 인공피부 등과 같은 웨어러블 소자의 전원으로 발전시킬 계획"이라고 말했다.

한편 이번 연구는 국가과학기술연구회 창의형 융합연구사업과 산업통상자원부 소재부품기술개발사업, ETRI 미래핵심도전 연구개발사업 지원으로 진행됐다.