KIST 연구팀, 2D 신나노소재 응용기술 전자파 소재 개발

 

아주경제 신희강 기자 = 국내 연구진이 전자파 간섭을 막는 금속을 사용하지 않은 전자파 차폐 소재(EMI)개발에 성공했다.

8일 한국과학기술연구원(KIST)에 따르면 물질구조제어연구단 구종민 박사팀은 미국 Yury Gogotsi 교수팀과 공동으로 ‘MXene’이라 불리는 2D 신나노재료 전이금속 카바이트를 이용, 우수한 전자파 차폐 소재를 개발했다.

전자파 차폐 소재는 전자파간섭 현상을 차단하는 소재로서, 전기전도성이 높은 소재일수록 전자파차폐 효율이 우수한 특성을 가진다. 기존에는 은, 구리와 같은 금속 소재들이 주로 사용됐지만 △밀도가 높고 △제조비용이 비싸며 △무겁고 부식이 되기 쉽고 △가공이 어려운 단점을 가지고 있었다.

구 박사팀은 2D 나노재료인 전이금속 카바이트(MXene)를 포함하는 고분자 복합체를 이용, 마치 흑연의 구조와 유사한 다층적층 구조의 전자파 차폐가 우수한 소재를 개발했다.

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전이금속 카바이트 소재는 티탄늄(Ti )과 같은 중금속 원자와 탄소 (C)원자의 이중 원소로 이루어진 나노물질로 형상적으로는 1nm(나노) 두께 와 수 μm(마이크로미터) 길이를 가지는 이차원적인 판상구조를 가지는 2D 나노 재료이다. 기존 나노재료들에 비해 제조 공정이 간편하고 저비용으로 생산 가능할 뿐만 아니라 표면에 다수의 친수기(물과 친화성이 강한 원자단)를 포함하고 있어, 용매에 분산이 용이하고 고분자 복합체 제조가 용이하다. 또한 우수한 전기전도성을 가지고 있어 전기전도성이 요구되는 다양한 필름, 코팅 제품 응용에 유리한 특성을 가진다.

전이금속 카바이트 고분자 복합체는 기존 고분자 복합체에 비해 매우 얇은 두께에서도 우수한 전자파차폐 특성을 보인다. 이는 우수한 전기전도도(5000S/cm)를 가지고 있을 뿐만 아니라, 45μm(마이크로) 두께의 얇은 필름 상에서 92dB라는 기존의 금속필름과도 비견될만한 우수한 결과를 나타냈다. 필름 내에서 MXene들이 다층 적층 구조로 돼있어 필름 내에서 강한 내부다중반사 효과를 발생시켜 전자파를 흡수하기 때문이다.

연구진은 이번에 개발된 고분자 복합체는 스핀코팅, 스프레이코팅, 롤가공 등의 다양한 필름가공과 코팅성형이 가능하여 향후 전자파차폐재 상용화 연구에도 매우 유리한 장점이 있을 것으로 전망했다.

구 박사는 "본 연구의 전이금속 카바이트 고분자 복합체는 기존 소재에서 구현하기 힘들었던 우수한 전기전도성을 구현할 수 있다"며 "용이한 가공성, 저비중, 저비용, 고유연 특성들을 가지고 있어 전자파차폐소재 뿐만 아니라 다양한 전자소재분야에도 응용이 기대되는 소재"라고 설명했다.

본 연구는 KIST 기관고유 연구사업과 미래창조과학부(장관 최양희) 미래원천기술개발사업, 산업소재원천기술개발사업, 해양경비안전사업의 지원을 받아 수행됐으며, 세계적인 우수 과학 저널인 ‘Science’에 9월 9일자(한국시간) 온라인 판에 게재됐다.