[서울=뉴스핌] 송주원 기자 = 숭실대학교는 기계공학부 홍지우 교수 연구팀이 아모레퍼시픽과 공동으로 공기와 수분을 통과시키면서도 열을 효과적으로 전달하는 피부 밀착형 신소재를 개발했다고 21일 밝혔다.

이번 연구는 피부에 닿는 소재에서 통기성과 열전도 성능을 동시에 확보했다는 점에서 의미가 있다. 연구 결과는 지난 12일 복합소재 분야 국제학술지 '어드밴스드 컴포지츠 앤드 하이브리드 머티리얼즈(Advanced Composites and Hybrid Materials)'에 온라인 게재됐다.

해당 학술지는 영향력지수(IF) 15.5로 재료과학 복합소재 분야 35개 학술지 가운데 2위에 해당한다.

피부에 직접 부착하는 웨어러블 기기는 장시간 사용해도 열과 습기가 쌓이지 않도록 소재를 설계하는 것이 중요하다. 피부 움직임에 따라 유연하게 변형되는 특성도 필요하다.

그러나 기존 소재는 통기성을 높이기 위해 작은 구멍을 만들면 열전달 성능이 떨어지는 한계가 있었다. 구멍 내부에 열을 잘 전달하지 못하는 공기층이 형성되기 때문이다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 열을 전달하는 육방정 질화붕소(hBN)와 유연한 실리콘계 고분자인 폴리디메틸실록산(PDMS)을 결합했다.

두 물질을 혼합한 뒤 휘발성 물질이 굳어가는 소재에서 빠져나가도록 해 미세한 구멍을 형성하는 방식이다. 이를 통해 피부의 수분이 빠져나갈 수 있는 통로를 만들면서 구멍 주변에 분포한 질화붕소 입자가 열을 전달하도록 설계했다.

제조 공정도 간소화했다. 별도의 세척이나 추출 과정 없이 한 번의 공정으로 복합막을 제작할 수 있다. 소재가 굳는 조건과 휘발성 물질의 양을 조절하면 구멍의 구조도 바꿀 수 있다.

연구팀은 실험과 전산유체역학(CFD) 시뮬레이션을 통해 소재의 열전달 성능을 검증했다. 시뮬레이션에서 나타난 피부와 복합막 사이의 열전달 특성은 실제 실험에서 확인된 열 축적 감소 현상과 일치했다.

피부 적용 평가에서도 수분 상태가 안정적으로 유지됐으며 피부 움직임에 따라 소재가 유연하게 변형되는 특성이 확인됐다.

이번 연구는 실제 피부 접촉 환경을 고려해 소재의 성능을 평가했다는 점에서도 주목된다. 개발된 복합막은 향후 피부에 밀착하는 웨어러블 기기와 피부 상태를 측정하는 기술 등에 활용될 가능성이 있다.

아모레퍼시픽은 이번 소재를 화장품의 사용감을 객관적으로 평가하는 '디지털 센서리' 연구에 활용할 계획이다.

사람의 피부에 직접 화장품을 바르지 않고도 제품의 사용감을 측정하려면 피부의 열과 수분 이동을 재현할 수 있는 소재가 필요하다. 연구팀이 개발한 복합막은 이러한 피부의 물리적 특성을 구현하는 데 활용될 수 있다.

아모레퍼시픽은 앞으로 복합막에 화장품을 직접 발라 피부와 제품 사이에서 나타나는 현상을 수치로 측정할 예정이다. 이를 실제 소비자가 느끼는 사용감과 비교해 디지털 평가 기술의 정확도를 높인다는 구상이다.

홍지우 숭실대 기계공학부 교수는 "이번 연구는 통기성과 열전도 성능의 상충관계를 소재 내부 구조 설계로 극복한 성과"라며 "아모레퍼시픽과의 협력을 통해 학문적 발견을 실제 피부 적용에 필요한 요구와 연결할 수 있었다"고 말했다.

이어 "앞으로도 소재의 작동 원리 연구와 응용 검증을 병행해 피부에 편안하면서도 기능적으로 우수한 소재의 활용 가능성을 넓혀가겠다"고 덧붙였다. 

이번 연구는 한국연구재단의 바이오·의료기술개발사업과 G-LAMP 사업 등 정부 연구개발사업 및 아모레퍼시픽 자문과제의 지원을 받아 수행됐다.

jane94@newspim.com