한기대 배진우 교수팀, 변형에도 성능 유지되는 투명 웨어러블 히터 개발

한국기술교육대학교(KOREATECH·총장 유길상) 에너지신소재화학공학부 화학생명공학전공 배진우 교수 연구팀이 낮은 전압에서도 효율적으로 발열하며, 변형 상태에서도 성능이 저하되지 않는 투명 웨어러블 히터 구현에 성공했다.

배 교수와 최승은 석사과정생, 오승주 박사과정생이 공동으로 수행한 이번 연구는 ‘이중 가소제 전략 기반 고성능 웨어러블 유전 히터’ 개발에 관한 내용으로, 5일 발행된 세계적 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)’ 저널의 뒷표지(Back cover) 논문으로 게재됐다.

웨어러블 열치료 기기는 통증 완화와 근육 이완 등에 활용되고 있으나, 기존 발열 소재는 변형 시 온도가 급격히 떨어지고 높은 작동 전압이 필요하며, 투명도가 낮다는 한계를 지녔다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 유전 히팅 원리를 도입하고, 디부틸 아디페이트(DBA)를 주 가소제로, 프로필렌 카보네이트(PC)와 에틸렌 카보네이트(EC)를 고유전율 보조 가소제로 활용하는 이중 가소제 전략을 개발했다.

그 결과 새롭게 개발된 소재는 350V의 낮은 전압에서 60℃ 이상으로 발열이 가능해 작동 전압이 기존 대비 2.5배 감소, 전력 효율은 33% 향상, 가열 속도는 10배 빨라져 1분 내 목표 온도에 도달하는 우수한 성능을 보였다.

특히 소재를 300%까지 늘려도 성능 저하가 발생하지 않아 웨어러블 기기에 적합하며, 90% 이상의 투명도를 유지해 피부 상태를 실시간으로 관찰할 수 있다. 

또한 손가락 움직임 감지를 통한 제스처 인식 기능도 구현해 차세대 스마트 헬스케어 기기로의 확장 가능성을 제시했다.

배진우 교수는 “이번 연구로 개발한 웨어러블 유전 히터는 기존 발열 소재의 근본적 한계를 극복한 혁신적 접근”이라며 “향후 차세대 헬스케어 기기, 인간-기계 인터페이스 등 다양한 분야에서 활용될 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업, 그리고 4단계 두뇌한국(BK)21 사업의 지원을 받아 수행됐다.