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차세대 히터를 개발하기 위해 기존 연구들은 금속 나노와이어, 그래핀, 산화 그래핀을 환원시키는 방식 등을 중점적으로 다뤄 왔다. 하지만 금속 나노와이어는 비싼 재료값, 큰 밀도 및 기계적인 유연성 부족, 제한적인 공정이 단점으로 지적됐다. 또 그래핀은 대면적으로 제작하기 힘든 공정상의 문제가 단점이고 산화 그래핀을 환원 시키는 방식은 상대적으로 낮은 전기전도도 및 공정에서 발생하는 유해물질이 문제로 지적받았다.
KIST 구종민 센터장은 금속과 같은 수준의 높은 전기 전도도(106S/m)를 갖는 2차원 나노 재료인 맥신(MXene)을 개발한 바 있다. 이 맥신(Ti3C2) 소재는 높은 전기전도도 뿐만 아니라 표면에 많은 친수성 그룹(-OH)을 포함하고 있어 용액공정을 가능하게 할 수 있다. KIST 구종민 센터장 연구팀은 이런 맥신을 활용해 용액공정을 통한 히터를 개발해 다른 후보물질들이 해결하지 못했던 문제를 해결했다.
KIST-연세대 공동연구진은 이번 연구를 통해 다양한 기판에 수십 나노 수준의 얇은 2차원 박막을 구현했으며 맥신의 우수한 전기적 성질을 활용해 빠른 응답속도 및 우수한 성능을 보이는 히터를 개발했다. 또 고분자 기판 위에 박막을 형성해 유연하면서도 큰 면적을 갖는 히터 소자에 적용할 수 있음을 보였다. 나아가 실용적인 히터 제작을 위해 다양한 섬유 위에 맥신 히터를 제작함으로써 바느질 및 직조 가능한 새로운 방식의 입는 히터 방식(웨어러블)을 제시했다.
KIST 구종민 센터장은 “우수한 광 투과도를 갖는 맥신(Ti3C2) 히터를 세계 최초로 제시하고 실생활에 사용 가능한 고분자 섬유위에 코팅해 차세대 웨어러블 히터를 개발했다”며 “향후 맥신 박막을 기반으로 한 향상된 히터를 구현할 수 있을 것으로 기대하며 장기적으로는 용액공정을 활용한 차세대 2D 전기 소자에 적용이 가능할 수 있을 것으로 생각한다”고 말했다.
이 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 기관고유사업과 한국연구재단 도약과제, 중견 연구자 사업, 미래 소재 디스커버리 사업으로 수행됐다. 이 연구 결과는 과학전문지인 ‘ACS Nano’ 최신호에 게재됐다.·
