[사이테크 플러스] 흡수특성 높여 전자파 차폐성능 극대화한 나노소재 개발
KIST 구종민 박사 "기존 차폐 소재 한계 극복…전자통신기기·국방기술 활용 가능"
(서울=연합뉴스) 이주영 기자 = 국내 연구진이 전자파차폐 성능이 우수한 세라믹 소재인 맥신의 전자파 흡수 성능을 극대화해 기존 차폐 소재의 한계를 극복한 새로운 초경량 전자파 차폐 소재를 개발했다.
한국과학기술연구원(KIST)은 24일 구종민 물질구조제어센터장이 고려대 KU-KIST 융합대학원 김명기 교수, 미국 드렉셀대 유리 고고치 교수팀과 함께 기존 전자기파 간섭문제를 획기적으로 개선할 수 있는 Ti₃CN 맥신 전자파 흡수 소재를 개발했다고 밝혔다.
Ti₃CN 맥신 필름을 열처리하면 다공성 메타구조가 형성된다. 형성된 메타구조는 유효 유전율, 투자율이 크게 변해 매우 높은 전자파 흡수 특성을 보이며, 향상된 흡수 특성으로 매우 높은 전자파 차폐 성능(EMI SE) 값을 얻을 수 있다. [한국과학기술연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]
전자·통신 장치가 점점 고도화·고집적화하면서 경량 고흡수 특성의 전자파차폐·흡수 소재 개발 필요성이 커지고 있다.
전통적인 전자파차폐 기술은 전기전도성이 큰 금속 소재를 사용하는 것이지만 금속은 무겁고 비싸며 코팅공정 적용이 어려운 단점이 있다. 특히 전기전도성이 큰 금속은 전자파 반사 특성이 강해 반사된 전자기파로 인한 2차 피해 가능성도 있다.
구 센터장 연구팀은 앞서 2016년 금속보다 가볍고 저렴하면서 유연인쇄 공정이 가능한 2차원(2D) 나노 세라믹 소재인 'Ti₃C₂ 맥신'으로 40㎛(100만분의 1ｍ) 두께로 92㏈ 차폐성능을 가진 우수한 전자파 차폐 소재를 개발해 '사이언스'에 발표했다. 그러나 Ti₃C₂ 맥신 소재 역시 전자파 반사 문제는 해결하지 못했다.
연구팀은 이 연구에서 기존 맥신 소재보다 물리적 특성이 떨어지는 것으로 알려진 'Ti₃CN 맥신'을 간단히 열처리해 전자파 흡수 특성을 극대화하는 방법으로 40㎛ 두께에서 116㏈의 전자파차폐 성능을 보이는 새로운 전자파 차폐 소재를 개발했다.
Ti₃CN 맥신 필름을 열처리하면 작은 구멍들이 있는 다공성 메타구조가 만들어지며, 이런 메타구조에서는 유효 유전율(effective permittivity)과 유효 투자율(effective permeability)이 크게 변해 아주 얇은 두께로도 매우 높은 전자파 흡수 특성을 보인다고 연구팀은 설명했다.
Ti₃CN 맥신 나노소재는 1나노미터 두께의 이차원 평판구조 소재로, 메타구조 제어를 위해 열처리하면 다공성 구조가 형성된다. 이 메타구조 소재는 머리카락 두께와 유사한 약 40㎛ 두께에서 116㏈ 이상의 높은 전자파 차폐 성능(EMI SE)을 보인다. [한국과학기술연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]
구종민 박사는 "이 연구에서 전자파 흡수 특성을 극대화해 기존 맥신 소재의 한계를 극복한 새로운 Ti₃CN 맥신 나노 소재 기술을 개발했다"며 "이 소재는 향후 고집적 모바일 전자·통신 기기뿐 아니라 전자파 차폐·스텔스 등 국방 기술에도 활용 가능할 것으로 기대된다"고 말했다.
구 박사는 "이 맥신 소재는 자연계에 존재하지 않는 신규 나노 소재로 향후 실용화를 위해 소재-부품-장비를 연결하는 공급망 확보가 매우 중요하다"며 "나노 소재의 대량 생산 시스템, 효율적인 부품 제조 기술, 장비 적용기술 등 협력 연구체계 구축을 위한 종합적인 연구지원이 필요하다"고 덧붙였다.
과학기술정보통신부 중견연구사업과 국토교통부 건설기술연구사업 등 지원으로 수행된 이 연구 결과는 국제학술지 '사이언스'(Science)에 게재됐다.
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