하태준 교수(전자재료공학과) 연구팀, 실내 태양 전지로 구동되는 복합 전극 기반 고성능 모바일 투명 히터 개발

 

(좌측부터) 석박사 통합과정 박세룡, 석박사 통합과정 박상준, 하태준 교수

  본교 하태준 교수(전자재료공학과) 연구팀은 경희대 김주훈 교수와 함께 스프레이 코팅을 이용하여 MXene/Ag nanowire 복합 전극을 개발하였고 이를 기반으로 실내 태양 전지를 사용해 외부 전원 없이 열을 발생시킬 수 있는 고성능 모바일 투명 히터를 구현하는데 성공하였다. 이번 연구 결과는 Elsevier에서 발행하는 재료과학 분야에서 최상위 국제 학술지인 Applied Surface Science (IF: 6.7, JIF ranking: 97.6%)에 Highly stable low-voltage operating mobile transparent heaters based on spray-coated MXene/silver nanowire nanocomposite electrodes powered by indoor solar cells 제목으로 게재되었다.   최근 야외 디스플레이, 항공 전자기기, 전기자 유리 제습 및 제빙 등 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있는 투명 히터가 주목을 받고 있다. Indium tin oxide (ITO)는 높은 광학적 투과도와 낮은 면 저항으로 인해 주로 투명 전극 재료로 사용되어 왔으나, 열 응답 특성과 발열 속도가 상대적으로 떨어지기 때문에 최근에는 대체제로 1차원 은 나노와이어(Ag NWs)를 적용하는 연구가 주목을 받고 있다. 그러나, 이러한 저차원 투명 전극 소재는 투명 히터에서 열이 발생함에 따라 공기 중 산소 및 물 분자와 결합하여 산화됨으로써 동작 안정성이 크게 저하되는 문제점을 가지고 있다. 이에 하태준 교수 (전자재료공학과) 연구팀은 뛰어난 전기 전도성과 열 안정성을 가지는 2차원 물질인 MXene을 보호층으로 사용하여 최적화된 용액 공정을 기반으로 나노와이어 네트워크와 효과적으로 결합시킴으로써 면 저항을 낮추면서도 산화 작용을 억제할 수 있는 고성능 투명 히터를 개발하는데 성공하였다. 제작된 투명 히터는 기존 ITO 투명 전극을 대체하면서도 5 V의 전압에서 120 oC가 넘는 열을 발생시켰으며 500번의 On/Off 반복적인 동작에서도 높은 신뢰성을 보였으며, 10일 동안 열을 발생시켜도 성능이 거의 저하되지 않는 높은 동작 안정성을 보였다. 또한, 경희대 김주훈 교수와 함께 실내 태양 전지를 이용하여 외부 전원 없이도 동작하는 고성능 모바일 투명 히터를 통해 효과적으로 물을 제거하는 응용 가능성을 선보였다.   한편, 이번 연구는 산업통상자원부가 주관하는 탄소중립 산업핵심기술개발사업 및 미래창조과학부가 주관하는 한구연구재단 기초연구실 사업 지원으로 수행되었으며, 하태준 교수 연구팀은 현재 첨단 재료를 기반으로 차세대 전자 소자 뿐만 아니라 신재생 에너지 기술에 관한 폭넓은 연구를 진행하고 있으며, 저차원 기능성 복합 소재를 기반으로 60여편의 SCI 저널 게재 및 30여건의 국제/국내 특허 실적을 가지고 있다.  

MXene/Ag NWs 복합 전극 기반 투명 히터의 구조 및 투과도와 이를 적용하여 실내 태양전지를 이용한 모바일 투명 히터 시연 결과

  출처 : 광운대학교 최신연구성과 (kw.ac.kr)