성균관대학교 기계공학부 백승현·최준명 교수 연구팀이 소재를 늘릴수록 전기전도도 및 열전도도가 오히려 향상되는 새로운 나노복합소재를 개발하고, 이를 폴더블폰의 안정적인 방열 기술에 성공적으로 적용했다고 밝혔다.
스마트폰이나 전자기기는 작동할 때 많은 열이 발생하며, 열을 제때 식히지 못하면 기기가 멈추거나 수명이 단축된다. 특히 접거나 늘어나는 차세대 유연 전자기기는 구부러질 때 열이 밖으로 잘 빠져나가지 못하는 문제가 있었다. 보통 물체를 고무줄처럼 늘리면 내부 입자 사이가 멀어져 열이나 전기가 잘 통하지 않게 되는데, 연구팀은 이러한 상식을 뒤집는 소재를 설계했다.
연구팀은 잘 늘어나는 실리콘 고무 안에 머리카락 굵기의 수만 분의 일 크기인 3.4나노미터(nm) 은 입자들을 4.1나노미터라는 아주 좁은 간격으로 고르게 분산시켰다. 이처럼 입자 사이 간격을 10나노미터 이하로 극도로 좁히자, 전자가 장애물을 통과해 이동하는 '양자 터널링' 현상이 발생했다. 그 결과 소재를 잡아당겨 길게 늘려도 열이 장애물에 부딪히지 않고 전달하는 '탄도성 수송' 과 유사한 현상이 나타나 열전도도가 증가했다.
나아가 연구팀은 입자 사이의 간격이나 고무의 화학적 특성을 정밀하게 조절하면, 상황에 따라 열전달을 조절하는 '열 스위칭 소재'로도 확장할 수 있음을 규명했다. 최준명 교수는 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 소재가 늘어날 때 내부 고분자 사슬이 일정한 방향으로 정렬되며 열을 더 효과적으로 전달하는 미시적 원리도 입증했다.
백승현 교수는 “이번 연구는 나노 단위에서 입자 사이의 에너지 장벽을 정밀하게 제어해 늘릴수록 열전도도가 증가하는 독특한 물리 현상을 발견하고, 이를 폴더블폰 등 유연한 전자제품의 발열 제어에 적용할 수 있음을 입증한 데 큰 의미가 있다”고 연구 의의를 전했다.
백승현 교수가 교신저자로 참여하고 무하메드 아지말 연구교수와 천성수 연구원이 공동 제1저자로 참여한 이번 연구 성과는 재료 과학 분야 세계적 권위지인 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)'에 2026년 8월 24일 온라인 게재되었다.
이번 연구는 교육부 한국연구재단 대학중점연구소사업, 과학기술정보통신부 한국연구재단 중견연구(창의연구형) 및 국가연구소(NRL2.0) 사업, 한국과학기술연구원 기본사업(전략연구사업), 과학기술사업화진흥원 실험실특화형 창업선도대학사업의 지원을 받아 수행되었다.
조호현 기자 hohyun@etnews.com
