국내 연구진이 스마트워치 등 웨어러블 기기의 발열문제를 해결할 패치 타입의 웨어러블 헬스케어 전자 소자를 개발했다. 

송영민 지스트 교수(전기전자컴퓨터공학부) 연구팀은 외부 전원 없이 물체의 온도를 냉각하는 복사냉각 소재와 웨어러블 광전소자를 집적하여 열적으로 안정한 웨어러블 전자소자를 개발했다. 

혈압이나 심전도 측정 등 건강 관리 기능이 있는 스마트워치는 코로나19 사태 이후 비대면진료체계 구축이 화두로 떠오르면서 더욱 주목받고 있으나 최근 일부 스마트워치에서 원인을 알 수 없는 발열‧발화 문제가 발생해 논란이 확산되고 있다. 

스마트워치 같은 웨어러블 전자소자에서는 이러한 사고를 방지하기 위해 일반적으로 얇은 금속방열판을 내부에 삽입하여 소자 내에서 발생하는 열을 소산시키는 방식을 채택하고 있다. 하지만, 이러한 방식은 냉각 효율이 떨어지는 문제도 있지만 전체 웨어러블 전자소자의 유연성을 떨어뜨리며 무선 전력 및 데이터 송수신을 방해하는 금속 방열판은 적합한 냉각 솔루션이 될 수 없다. 

송 교수 연구팀은 에너지 소비 없이 부착만으로 소자의 온도를 냉각할 수 있는 유연하고, 금속 소재가 없는 매우 얇은 복사 냉각 소재를 개발하였다. 복사 냉각 소재는 장적외선을 복사를 통해 방출함으로써 외부 전원 공급 없이 주변 온도를 낮추어주는 냉각 소재이다.

개발된 복사 냉각 소재는 나노 크기의 기공을 포함하는 인체에 무해한 폴리머로 이루어져 있으며, 다양한 크기의 기공은 태양광은 강하게 반사하고, 전자기파의 형태로 내부 열을 방출한다. 또한, 이 방식은 은이나 알루미늄과 같은 태양광을 잘 반사하는 금속층을 요구하는 기존 복사 냉각 소재와는 달리 금속 없이 동작할 수 있어 웨어러블 전자소자의 무선 전력 및 데이터 송수신을 전혀 방해하지 않는 새로운 형태다.

송 교수는 “현재까지의 웨어러블 전자소자 연구에서는 기계적 특성과 기능성 개선에 집중되었다면, 앞으로는 웨어러블 전자소자의 발열 제어 문제까지 함께 개선되어야 한다”면서 “다공성 폴리머 기반 복사 냉각 소재가 집적된 웨어러블 전자소자 플랫폼은 기존의 기술적 한계를 극복할 수 있다”고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단의 개인기초연구사업, 미래소재디스커버리 사업의 지원을 받아 수행됐다. 국제학술지 『어드밴스드 사이언스』에 2021년 3월 9일자로 온라인 게재됐다. 

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