피부 땀샘처럼 수축·팽창하는 인공박막…"전자기기 항온 유지에 활용 기대"

↑ 한국전자통신연구원(ETRI) 연구진이 온도 변화에 따라 수축·팽창하는 사람 피부의 땀샘을 모방해 만든 박막. 박막의 조직이 온도가 섭씨 45도로 높을 때(오른쪽 위)는 팽창하고 온도가 25도로 낮을 때(오른쪽 아래)는 수축하는 것을 확인할 수 있다. [사진 제공 = 한국전자통신연구원]

국내 연구진이 주변 온도에 따라 수축·팽창하는 사람 피부의 땀샘을 모방해 자동으로 온도 조절이 가능한 유연 박막을 개발했다. 낮은 온도나 높은 온도에서 구동 성능에 영향을 받는 웨어러블 기기 등 민감한 전자기기를 일정한 온도로 유지하는 데 활용 가능할 것으로 기대된다.
문승언 한국전자통신연구원(ETRI) 신소재연구실 ICT소재연구그룹장 연구진은 사람 피부의 땀샘을 모방해 온도가 섭씨 31도보다 낮으면 표면의 구멍이 닫히고 이보다 높으면 열리는 투명한 박막 형태의 방열소자를 개발했다고 9일 밝혔다. 특히 별도의 전원이 필요 없어 상용화 가능성이 높다는 게 연구진의 설명이다. 연구 결과는 지난해 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼스' 11월 19일자 에 게재됐다.
연구진은 온도에 따라 물의 흡수량이 달라지는 온도 반응성 하이드로겔을 풍차 같은 모양으로 만들어 온도가 일정 온도보다 낮아지면 물을 머금어 팽창하면서 열리고, 높아지면 물을 배출해 수축하면서 닫히는 인공 땀샘(밸브)을 개발했다. 온도만 바뀌면 소재의 물 흡수량이 달라지기 때문에 별도의 전원이 필요 없다.
연구진이 만든 방열소자의 크기는 3×3㎝로 표면에 밸브(구멍) 2만개가 포함돼 있다. 각 밸브의 크기는 직경 20㎛(마이크로미터·1㎛는 100만분의 1m)로 실제 사람 피부의 땀샘 크기와 비슷하다. 박막형 소자의 두께는 70㎛로 얇고 투명한 데다 대면적으로도 제작이 가능해 스마트폰은 물론 방열 소자, 에너지 발전 소자, 미세 구동제어 시스템 등에 폭넓게 활용될 수 있다.
연구진이 방열소자의 구조 성능을 입증하기 위해 온도에 따른 증발량을 측정한 결과 일반적인 박막에 비해 저온 환경에서 증발이 30%가량 억제된다는 사실을 확인했다. 또 수축과 팽창을 반복하는 실험을 계속 거듭해도 소자의 구조체는 일정한 성능을 유지하는 것으로 나타났다.
연구진은 방열소자의 핵심 기술인 밸브 구조 설계·제작 기술을 국내외 특허로 출원한 상태다. 문승언 그룹장은 "본 기술은 2년 내 상용화가 가능할 것으로 보인다"며 "방열소자가 온도 변화로 물리적인 움직임을 만들어낼 수 있는 만큼 향후 특정 부위에 약물을 투여하는 시스템이나 인공피부와 같은 웨어러블 소자의 전원으로 발전시켜나갈 계획"이라고 밝혔다.
[송경은 기자]