금속, 전자파 반사 특성에 차폐 소재로 부적절
개발된 Ti₃CN 맥신 소재, Ti₃C₂보다 전도성 낮아
머리카락 두께로 116dB 전자파 차폐 가능해


기존 차폐 소재의 한계를 극복한 맥신 소재 기술이 개발됐다. 맥신은 금속에 비해 가볍고, 저비용이며, 유연 인쇄 공정이 가능한 2D 나노 소재로서, 기존 금속을 능가하는 전자파 차폐 성능을 가지는 세라믹 소재다.

이 소재는 향후 고집적 모바일 전자기기뿐만 아니라 전자파 차폐 및 스텔스 등 국방 기술에도 활용 가능할 것으로 기대된다.

한국과학기술연구원(KIST) 구종민 센터장, 고려대학교 KU-KIST 융합대학원 김명기 교수, 미국 드렉셀 대학교(Drexel University) 유리 고고치(Yury Gogotsi) 교수 연구팀이 기존 전자기파 간섭문제를 개선하는 Ti₃CN 맥신 전자파 흡수 소재를 개발하는 데 성공했다.

과학기술정보통신부와 한국과학기술연구원은 이번 성과가 사이언스 지(Science, IF 41.063)에 한국 시각으로 24일, ‘Anomalous Absorption of Electromagnetic Waves by 2D Transition Metal Carbonitride Ti₃CN (MXene)’이라는 제목으로 게재되었다고 밝혔다.

최근 전자기기의 고성능화 및 고집적화로 인해 가볍고 전자파를 많이 흡수하는 차폐 및 흡수 소재 개발의 필요성이 커지고 있다.

기존 전자파 차폐 기술은 전기전도성이 우수한 금속 소재 중심으로 발전이 이뤄져 왔다. 하지만 금속 소재는 무겁고 비싸며 불규칙 구조에 유연 인쇄 코팅공정이 어려워 고집적 전자기기에 사용하기 적합하지 않았다. 또한, 전기전도성 금속의 강한 전자파 반사 특성은 반사된 유해 전자기파로 인한 2차 피해가 발생하는 문제가 있었다.

이러한 문제점 극복하기 위해 연구팀은 2016년, Ti₃C₂(티타늄 전이금속과 탄소의 화합물) 맥신 소재의 전자파 차폐 기술을 개발하여 사이언스 지에 보고한 바 있으나, 반사 유해 전자기파로 인한 2차 피해를 줄이기 위해 흡수특성 향상 기술이 필요했다.

이번 연구에서는 기존 맥신의 한계를 극복한 흡수특성이 극대화된 Ti₃CN(티타늄과 탄소와 질소의 화합물) 맥신 나노소재 기술을 개발했다. Ti₃CN 맥신 소재는 1nm 두께의 판상 구조를 가지는 Ti₃C₂ 맥신과 구조는 유사하나, 전기전도성은 Ti₃C₂ 비해 낮은 특성이 있다.

연구팀은 간단한 열처리를 통해 Ti₃CN 맥신 필름의 메타 구조 형성 메커니즘을 밝히고, 이를 통해 맥신의 유효 유전율 및 유효 투자율을 조절하여 얇은 필름 두께에서도 우수한 전자기파 흡수특성을 보이는 맥신 전자파 차폐 소재 제조 기술을 개발하였다. 머리카락 두께와 유사한 약 40μm(마이크로미터) 두께에서 116dB 이상의 높은 전자파 차폐 성능을 확보한 것이다.

이번에 개발된 맥신 소재는 자연계에 존재하지 않는 인간에 의해 창조된 신규 나노소재로, 향후 실용화를 위해 소재-부품-장비를 연결하는 공급망 확보가 중요할 것으로 보인다.