| 99.9999994% 전자파 차폐율 기록
| 그래핀에 티타늄 카바이드 첨가로 한계 극복
| 전자파 노출 많은 환경의 전자기기에 적합

국내 연구진이 그래핀 복합소재로 전자파 차단 소재를 개발하는데 성공했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 그래핀 복합소재에 '멕신(MXene)'을 첨가하여 전기전도도가 높으면서도 가벼운 전자파 차폐 소재를 개발했다고 24일 밝혔다.

최근 우리 주위에 전자기기가 급증하면서 전자파 차폐 관련 기술의 수요가 늘고 있다. 이번에 ETRI가 개발한 차폐 소재는 나노복합소재 사용군 중 세계 최고 수준의 전자파 차폐율(99.9999994%)을 기록했다. 압력이 변화함에 따라 달라지는 저항 정도를 높은 성능으로 감지할 수 있어 압력을 측정하는 센서 역할도 할 수 있다.

신소재는 전자파 차폐를 목적으로 하는 다양한 분야에 적용이 가능하다. 연구진은 전자파 노출이 많거나 집약도가 높은 전자 및 의료기기, 자동차 전장부품, 웨어러블 스마트 제품, 로봇 등에 많은 활용이 이뤄질 것으로 전망했다.

기존에는 주로 구리와 같은 금속을 이용해 전자파 차폐 소재를 개발했다. 그러나 금속 재료는 무겁고 가공이 어렵다. 그래핀을 활용해 전자파를 차단하려는 연구도 있었지만, 금속보다는 전기전도도가 낮아 한계가 있었다.

연구진은 그래핀-고분자 복합소재에 멕신의 한 종류인 티타늄 카바이드(Ti₃C₂)를 첨가하여 한계를 극복했다. 유연하고 저렴할 뿐 아니라 금속재료보다 제조가 쉬워 필름이나 코팅으로 상용 제품을 양산하는데 유리하다.

또한, 다공성() 구조를 가지는 그래핀/고분자 복합소재로 외부 압력에 따른 구조 변형에 의한 저항 변화를 측정하여 압력 센서로서의 응용 가능성을 확인하였다. 특히 이차원 전이금속 카바이드가 결합된 경우, 비표면적의 증가로 인해 압력 센서의 성능을 나타내는 민감도가 향상된다.

전이금속 카바이드는 전이금속(티타늄)과 탄소가 결합된 2차원의 판상형 층상 구조를 가지는 물질이다. 전기전도도가 높고 표면에 친수 기능기가 많이 형성되어 있어 그래핀과 달리 용매로 물을 사용하여 골고루 분산할 수 있다. 덕분에 필름 제조나 다양한 소재에 코팅하기 쉬운 장점이 있다.

ETRI ICT 창의연구소 신소자연구실 최춘기 박사는“본 기술은 나노 복합체로써 세계 최고 수준의 전자파 차폐 성능을 가짐과 동시에 외부의 작은 압력에도 민감하게 반응하는 센서 기능, 면상발열체 등 다기능을 부여할 수 있다”고 말했다.

아울러 연구진은 필름 제조나 코팅이 가능하여 전자 및 의료기기, 자동차 전장부품, 웨어러블 스마트 기기 및 로봇용 스킨 등 유해한 전자파 노출 환경에 적합한 차폐 소재로서 다양한 응용도 가능하다고 설명했다.

이 기술은 관련 국내외 특허출원등록도 진행 중이며 전자기기, 전자소재 및 전자파 차폐 관련 업체 등에 바로 기술이전이 가능해 2년 내로 상용화가 가능하다고 보고 있다.

한편, 연구진은 향후 소재의 대면적화를 위한 필름 제조 및 코팅 기술을 개발하고, 초 주파수 밀리미터파(30~300GHz) 대역에서 90dB 이상 고 차폐율을 달성할 수 있도록 차기 연구를 수행할 예정이다.