전자파 흡수특성 극대화된 새로운 나노소재 탄생

[아이뉴스24 최상국 기자] 전자파 간섭문제를 획기적으로 개선할 수 있는 새로운 구조의 나노소재가 개발됐다. 고집적 모바일 전자통신 기기의 전자파 차폐는 물론 스텔스 등 국방 기술에도 활용 가능할 것으로 기대된다.

24일 구종민 KIST 물질구조제어센터장은 고려대학교 KU-KIST 융합대학원 김명기 교수, 미국 드렉셀 대학교 유리 고고치 교수 연구팀과 함께 기존 전자파 차폐재의 한계를 극복한 신소재를 개발했다고 국제 학술지 '사이언스(Science)'에 발표했다.

연구팀이 개발한 신소재(Ti3CN)는, 같은 연구팀이 지난 2016년 사이언스紙에 발표했던 맥신(Ti3C2, MXene)과 유사하지만 전자파 흡수특성을 획기적으로 높인 새로운 구조의 맥신이다.

티타늄과 탄소의 화합물인 Ti3C2 맥신과 티타늄-탄소-질소 화합물인 Ti3CN 맥신은 모두 1나노미터 두께의 2차원 판상(평면구조) 물질이다. 전자파 차폐 특성에 직결되는 전기전도성은 Ti3CN이 Ti3C2 비해 낮다.

연구팀은 나노미터 두께의 Ti3CN 맥신을 40마이크로미터 두께로 쌓은 뒤 간단한 열처리를 통해 다공성 구조를 만들었다. 그랬더니 유전율(permittivity), 투자율(permeability) 등의 특성이 크게 바뀌어 116 dB(데시벨) 이상의 높은 전자파 차폐 성능을 획득했다.

2차원 나노소재인 맥신은 가볍고 유연한 특성을 강점으로 전통적인 전자파 차폐재인 금속 소재를 대체할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 금속 소재는 전기전도성은 뛰어나지만 강한 전자파 반사 특성이 있어 유해 전자기파 반사로 인한 2차 피해를 방지하기 위해서는 전자파 흡수 특성이 뛰어난 전자파 차폐재가 필요하다.

연구팀은 지난 2016년 금속을 대체할 수 있는 전자파 차폐재로 Ti3C2 맥신 소재를 개발한 바 있으나, 전자파 반사를 줄이기 위해서는 전자파 흡수특성을 개선할 필요성이 있었다.

연구팀은 새로운 소재를 기반으로 다공성 메타구조를 설계함으로써 이같은 목적을 달성했다. 연구팀은 "2016년 Ti3C2 발표 이후 후속 연구과정에서 Ti3CN의 독특한 전자파 차폐/흡수 특성을 발견했으며, 기존 이론으로는 도저히 설명이 되지 않는 이같은 현상을 재현·검증하고 해석하기 위해 2년 동안의 후속 실험을 진행했다"고 전했다.

연구진은 이번 기술이 고집적 모바일 전자/통신 기기의 전자파 차폐·흡수는 물론 EMP 차폐 및 스텔스 기술에도 활용이 가능할 것으로 기대했다. 연구진은 또한 국토교통부가 지원하는 고정형 전자파 방호구조물 건설기술연구사업을 통해 전자파 차폐 콘크리를 위한 고성능 박막 차폐 도장재도 개발하고 있다.

◇논문명: Anomalous Absorption of Electromagnetic Waves by 2D Transition Metal Carbonitride Ti3CN (MXene)

◇저 자: 구종민 교수(교신저자/한국과학기술연구원,KU-KIST융합대학원), 유리 고고치 교수(교신저자/드렉셀 대학교), 아미르 이크발(제1저자/KIST), 페이살 샤자드(KIST), 카닛 한타나시리사쿨(드렉셀 대학교), 김명기 교수(고려대학교), 권지성(고려대학교), 홍준표 (KIST), 김혜림(KIST), 김대신(KIST)