ETRI, 사람 피부 땀샘 흉내낸 박막 개발...2년내 상용화

사람 피부의 땀샘을 흉내내 주변 환경에 따라 수축과 팽창이 자유로운 박막을 한국전자통신연구원(ETRI)이 개발했다. 사람 피부 땀샘처럼 유연한 박막 형태로 온도조절이 가능해질 전망이다. ETRI는 2년내 상용화가 가능할 것으로 예상했다.

ETRI는 사람 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)소자 개발에 성공했다고 밝혔다.

이번 성과는 세계적 학술지 ‘어드벤스드 머터리얼즈(Advanced Materials);에 온라인으로 게재됐다.

향후 스마트폰과 같은 유연전자 소자의 발열을 해결하는 방열 소자나 에너지 발전소자, 미세한 제어시스템(Actuator) 등에 활용될 것으로 ETRI는 전망했다.

연구진은 이번 성과에 대해 "땀샘과 같이 유연한 박막 환경에서 온도에 따라 냉각을 조절하는 것"이라고 설명했다.

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

연구진이 만든 방열소자 크기는 3 cm x 3 cm 크기로 인공 땀샘 2만 개가 들어가 있다. 소자 두께는 70 마이크로 미터(㎛)고 땀샘 단위구조인 셀 크기는 100 ㎛, 밸브는 20 ㎛ 크기 수준이다.

박막 구조는 두 개 층으로 구분되어 위층은 프레임으로 단위구조 셀을 지지해 주는 역할을 한다. 아래층은 밸브 구조로 제작, 고분자간 결합을 통해 유연한 박막 형태의 냉각 소자를 만들었고, 내부는 용매인 물로 채워진다.

특히 팽창수축을 반복하는 밸브는 사람 땀샘 크기와 유사하게 설계되었다. 밸브구조를 설계하는 기술과 밸브를 제작하는 기술이 핵심으로 국내외 특허출원을 해둔 상태다.

연구진은 이 기술로 향후 크기의 대면적화가 가능하다고 설명했다. 또, 밸브 패턴은 반도체 공정을 통해 만들어졌고 이를 고분자 재료로 복제해 만들었다고 말했다.

즉 웨이퍼 위에 풍차모양의 밸브를 CAD를 통해 설계하고 반도체 공정을 이용해 실리콘 웨이퍼에 형상을 새긴 뒤, 고분자 재료를 자외선 경화시켜 도장처럼 찍어 만들었다고 밝혔다. 여기에 사용한 기술은

모두 상용 기술로, 대면적 적용이 가능하다고 ETRI는 설명했다.

연구진은 향후 이 기술을 열전소자의 히트싱크(방열판)로 활용, 균일하고 높은 출력을 오래 냄으로써 무전원 유연소자를 만드는 게 목표라고 밝혔다.

연구개발책임자이며 본 논문 교신저자인 ETRI 신소재연구실 문승언 박사는 “향후 열전소자와 결합해 특정 부위 약물 투여, 인공피부 등과 같은 웨어러블 소자 전원으로 발전시킬 계획"이라고 말했다.

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