한태희 토토 롤링 디시, 극한 상황에서 활용 가능한 필름 형태의 발열체 제작해
두 가지 소재의 장점을 결합한 새로운 형태
"사회를 이롭게 하는 연구를 지속할 계획"

한태희 유기나노공학과 토토 롤링 디시가 필름 형태의 새로운 고효율 발열체를 제작했다. 해당 발열체는 춥거나 다습한 극한 환경에서 활용될 수 있으며 군복을 비롯한 군사 물품과 아웃도어에 다양하게 쓰일 수 있다. 한 토토 롤링 디시가 개발한 발열체는 '그래핀(Graphene)'과 '맥신(MXene)'의 두 신소재를 활용한 것으로, 기존 모델과 비교해 고효율ㆍ고성능을 자랑한다. 소재의 장점을 결합해 실용적인 결과를 도출한 한 토토 롤링 디시를 만났다.

▲ 한 토토 롤링 디시는 '그래핀'과 '맥신'을 접목한 샌드위치 타입의 복합 필름을 제작했다. 해당 복합 필름을 통해 환경 안정성이 뛰어난 발열 필름을 개발할 수 있다. ⓒ 윤사랑 기자
▲ 한 토토 롤링 디시는 '그래핀'과 '맥신'을 접목한 샌드위치 타입의 복합 필름을 제작했다. 해당 복합 필름을 통해 환경 안정성이 뛰어난 발열 필름을 개발할 수 있다. ⓒ 윤사랑 기자

두 소재를 결합해 효율성을 극대화하다

한 토토 롤링 디시는 나노 소재 중에서도 2차원적인 형상을 띠는 '그래핀'과 '맥신'을 결합했다. 높은 전기전도도를 띠는 동시에 낮은 열전도도를 띠는 '맥신'은 적은 전력으로도 쉽게 발열된다. 반면 그래핀의 내부는 2차원적 구조로 쌓인 형태를 띤다. 따라서수분이 침투할 경우 복잡한 경로를 거쳐야 하기에 수분에 대한 장벽이 뛰어나다.

한 토토 롤링 디시는 해당 성질을 활용했다. 그는 '블레이드(blade) 코팅 기법(얇고 넓게 코팅하는 기법)'을 활용해 맥신을 필름으로 만든 뒤, 그래핀을 그 위에 코팅했다. 습도로 인해 표면 성질이 변하는 맥신에 그래핀을 결합해 표면을 안정화함으로써 환경 안정성이 뛰어난 발열 필름을 제작한 것이다.

▲ 연구에 사용된 다기능성 그래핀 스킨 공법이 적용된 대면적 하이브리드 맥신 유연 필름(좌측 상단)과 초박막 투명 코팅(좌측 하단)의 모습이다. 이를 이용하여 안정한 수중 토토 롤링 디시 성능을 보이는 유연 박막 필름(우측)을 개발했다. ⓒ 강동준 학생
▲ 연구에 사용된 다기능성 그래핀 스킨 공법이 적용된 대면적 하이브리드 맥신 유연 필름(좌측 상단)과 초박막 투명 코팅(좌측 하단)의 모습이다.이를 이용하여 안정한 수중 발열 성능을 보이는 유연 박막 필름(우측)을 개발했다. ⓒ 강동준 학생

제작된 필름 형태의 발열체는 많은 에너지를 쓰지 않아도 열을 잘 내므로 높은 전기 효율을 가진다. 기존 모델은 발열체 제작을 위해 많은 양의 전기가필요했다. 이에 비해 한 토토 롤링 디시가 개발한 발열체는 낮은 전압에서 높은 발열 효율을 자랑한다는 장점이 있다.

그는 세 가지부분에 주목해 연구를 진행했다. 발열체가 지니는 안정성, 해당 기술의 스케일업(scale-up) 가능 여부 그리고 발열체에 대한 근본적인 이해다. '맥신'과 '그래핀'의 계면(경계면) 사이의 구조와 '그래핀'이 '맥신'을 안정화하는 구조에 집중해 필름 형태의 발열체 제작에 성공했다.

국제적으로 인정 받은 연구 성과

한 토토 롤링 디시의 연구결과는 재료공학 및 기초과학 분야 세계적 학술지인 <Small의 7월 온라인판에 게재됐다. 게재 소감에 대해 한 토토 롤링 디시는 "해당 주제에 대해 오랜 시간 연구를 진행해 왔기에 좋은 성과를 얻어 더욱 기쁘다"며 "특히 이번 연구는 열 관리 소재(Heat Management) 부문의시작점이라 생각한다"고 밝혔다.

▲ 전도성 신소재 맥신 용액을 들고 있는 한 토토 롤링 디시와 제1저자 강동준 학생의 모습이다. 한 토토 롤링 디시는 학생들과 다양한 연구를 이어가고 있다. ⓒ 강동준 학생
▲ 전도성 신소재 맥신 용액을 들고 있는 한 토토 롤링 디시와 제1저자 강동준 학생의 모습이다. 한 토토 롤링 디시는 학생들과 다양한 연구를 이어가고 있다.ⓒ 강동준 학생

그는 현재 다양한 연구를 진행 중이다.미국 육군과 기업의 지원을 받아 발열 재료와 백신 발열체에 대한 연구를 지속하고 있다. 한 토토 롤링 디시는 "의미 있는 연구 결과를 도출해 상용화하는 것을 목표로 삼고 있다"고 말했다.

"깊이 있는 연구로더 나은 사회를 만들고파"

한 토토 롤링 디시는 "세상의 창조적인 영역을 넓혀가는 것이 유기나노공학의 매력이다"고 말했다. 그는 "새로운 재료를 만들고 재료의 특성을 밝힘으로써 사람들에게 더 나은 환경을 제공할 수 있는 점에 매료돼 유기나노공학 연구를 시작하게 됐다"고 밝혔다.

그는 이러한 목적의식을 토대로 '人-Tech 융합인재 교육연구단'에서 부단장으로도 활동하고 있다. '人-Tech 융합인재 교육연구단'은 유기나노공학과, 의류학과, 체육학과가 모여 만든 대학원 대상의 융합 전공 프로그램이다. 사람들이 더 나은 삶을 살 수 있도록 유용한 기술을 개발하려는 취지에서 개설됐다. 'Human Technology', 'Human Information', 'Human Performance'의 세 영역으로 나눠기술 개발과 데이터 획득 및 해석, 적용 방법을 연구하고 이를 융합해 사회를 이롭게 하는 목표를 두고 있다.

앞으로 한 토토 롤링 디시에게는 두 가지 목표가 있다. 그는 "우선 토토 롤링 디시로서 학부생들을 잘 양성하며 사회의 어엿한 구성원으로 발돋움할 수 있도록 돕고 싶다"고 말했다. 이어 그는 "두 번째로는 의미 있는 연구를 계속하고 싶다"며 "유행에 치우치지 않고 세상에 도움이 되는 깊이 있는 연구를 지속할 계획이다"고 전했다.

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