전자파 차폐 흡수 특성 극대화한 인공 소재 개발

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Ti3CN 맥신 필름의 전자파 흡수 특성 모식도. Ti3CN 맥신 필름을 열처리하면 다공구조의 메타구조를 형성한다. 메타구조는 유효 유전율, 투자율이 변화해 높은 전자파 흡수 특성을 나타낸다. 향상된 흡수 특성으로 인해 매우 높은 전자파 차폐 성능 (EMI SE) 값을 얻게 된다.
<Ti3CN 맥신 필름의 전자파 흡수 특성 모식도. Ti3CN 맥신 필름을 열처리하면 다공구조의 메타구조를 형성한다. 메타구조는 유효 유전율, 투자율이 변화해 높은 전자파 흡수 특성을 나타낸다. 향상된 흡수 특성으로 인해 매우 높은 전자파 차폐 성능 (EMI SE) 값을 얻게 된다.>

기존 금속 차폐 소재의 한계를 극복한 대안 소재 기술이 개발됐다. 고집적 모바일 전자·통신 기기 전자파 차폐 및 스텔스 등 국방 기술에도 활용 가능할 것으로 기대된다.

구종민 한국과학기술연구원(KIST) 물질 구조제어연구센터장, 김명기 고려대 KU-KIST 융합대 교수, 유리고고치 미국 드렉셀대 교수 연구팀은 기존 전자기파 간섭문제를 획기적으로 개선할 수 있는 'Ti3CN' 맥신 전자파 흡수 소재를 개발하는데 성공했다.

사이언스지에 24일 게재됐다.

맥신은 유연인쇄 공정이 가능한 2D 나노 소재다. 기존 금속을 능가하는 전자파차폐 성능을 가지는 세라믹 소재로 금속에 비해 가볍고 가격이 싸다. Ti3C2 맥신은 티탄늄전이금속과 탄소의 화합물로 1나노미터(㎚) 두께의 이차원 평면구조를 가진다.

연구팀은 2016년 Ti3C2 맥신 소재의 전자파 차폐 기술을 개발했지만 반사 유해 전자기파로 인한 2차 피해를 줄이기 위한 흡수특성 향상 기술이 미흡했다.

연구팀은 최근 연구에서 기존 맥신의 한계를 극복한 흡수특성이 극대화된 Ti3CN 맥신 나노소재 기술을 개발했다.

열처리를 통해 Ti3CN 맥신 필름의 메타구조 형성 메커니즘을 밝히고 맥신의 유효 유전율, 유효 투자율을 조절해 매우 낮은 필름 두께에서도 우수한 전자기파 흡수 특성을 확보했다. 전자파 차폐 성능(SE)은 머리카락 두께와 유사한 약 40마이크로미터(μm) 두께에서 116dB 이상의 높은 전자파를 차폐하는 수준이다.

연구팀은 고정형 전자파 방호구조물 건설기술 개발에도 참여하고 있다. 전자파 차폐 콘크리트의 전자파 방호 성능을 증강시킬 수 있는 고성능 박막 차폐 도장재 응용기술을 개발한다는 목표다.

연구팀은 맥신 소재자연계에 존재하지 않는 나노소재로 향후 실용화를 위해 소재-부품-장비를 연결하는 공급망 확보가 매우 중요할 것으로 보여진다고 설명했다. 나노소재의 대량 생산 시스템, 효율적인 부품 제조 기술, 장비 적용기술 등의 협력연구체계 구축을 위한 종합적 연구지원이 필요하다고 강조했다.

최근 전자·통신 장치의 고도화·고집적화로 경량 고흡수 특성의 전자파차폐·흡수 소재 개발 필요성이 부각되고 있다. 전통 전자파차폐 기술은 전기전도성이 우수한 금속 소재 중심 기술이다. 하지만 금속은 무겁고 비싸다. 불규칙 구조로 유연인쇄 코팅공정을 적용하기도 어려워 고집적 전자·통신 장치 사용하기 어렵다. 또한 전기전도성 금속은 강한 전자파 반사 특성이 있어 이로 인한 유해 전자기파 피해도 문제로 지적된다.

최호기자 snoop@etnews.com