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ETRI, 전자파 차폐 뛰어난 나노복합소재 개발

미세한 압력 차이도 감지, 압력 센서 기능 부여 가능
전자파 노출 많은 환경의 전자기기, 전기자동차 등 활용 가능
국내 연구진이 '꿈의 신소재'로 불리는 그래핀 복합소재를 이용해 통신, 전기, 전자기기로부터 나오는 전자파를 차단하는 소재를 개발했다. 개발한 소재는 미세한 압력 변화를 감지해 다양한 산업에 활용될 수 있다.  

ETRI(원장 김명준)는 그래핀  복합소재에 '멕신(MXene)'을 첨가해 전기전도도가 높으면서 가벼운 전자파 차폐 소재를 개발했다고 24일 밝혔다. 

최근 사물인터넷(IoT) 기기, 전기자동차와 자율주행자동차 전장 부품 등 전자기기가 증가하고 있다. 이로부터 발생하는 전자파는 다른 전자기기 작동에 오류를 일으키거나 제품 수명을 단축시키는 등 악영향을 끼쳐 전자파 차폐 관련 기술 수요가 늘고 있다.

이에 ETRI는 전자파 차단 소재를 개발했다. 연구진이 개발한 차폐 소재는 나노복합소재 사용군 중 최고 수준의 전자파 차폐율을 기록했으며, 압력 변화에 따라 달라지는 저항 정도를 높은 성능으로 감지해 압력 측정 센서 역할도 할 수 있다. 

소재는 전자파 차폐를 목적으로 하는 다양한 분야에 적용 가능하다. 연구진은 전자파 노출이 많거나 집약도가 높은 전자, 의료기기, 자동차 전장부품, 웨어러블 스마트 제품, 로봇 등에 활용 가능할 것으로 예상했다. 

기존에는 주로 구리(Cu)와 같은 금속을 이용해 전자파 차폐 소재를 개발했다. 그러나 금속 재료는 무겁고, 가공하기 어려웠다. 새로운 소재인 그래핀을 활용해 전자파를 차단하려는 연구도 있었지만 금속보다 전기전도도가 낮다는 한계가 있었다.

이에 연구진은 그래핀-고분자 복합소재에 멕신의 한 종류인 티타늄 카바이드(Ti3C2)를 첨가해 한계를 극복했다.  

연구진이 개발한 소재는 높은 전기 전도도를 지니면서도 가벼운 특성을 지녔다. 유연하고 저렴할 뿐 아니라 금속재료보다 제조가 쉬워 필름이나 코팅으로 상용 제품을 양산하는데도 유리하다. 

또 다공성(多孔性) 구조를 갖는 그래핀·고분자 복합소재로 외부 압력에 따른 구조 변형에 의한 저항 변화를 측정해 압력 센서로서의 응용 가능성을 확인했다. 특히 이차원 전이금속 카바이드가 결합된 경우, 비표면적 증가로 압력 센서의 성능을 나타내는 민감도가 향상됨을 입증했다. 

최근 스마트 전자기기뿐만 아니라 전기자동차 및 자율주행 자동차 분야에서 전기·전자·통신 기술을 융합해 사용자에게 다양한 정보를 전달하는 스마트 자동차 산업이 발전함에 따라, 자동차 내부 전장부품의 적용이 증가할 전망이다.

연구진은 이러한 환경에서 가벼우면서 유연하고 제조가 용이한 나노복합체 기반의 전자파 차폐 스킨 기술이 다양하게 적용될 수 있다고 전망했다.

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

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

기술의 국내·외 특허출원등록이 진행중이며 전자기기, 전자소재, 전자파 차폐 관련 업체 등에 바로 기술이전이 가능해 2년 내로 상용화가 가능하다. 

연구진은 소재의 대면적화를 위한 필름 제조·코팅 기술을 개발하고. 초 주파수 밀리미터파 대역에서 90dB 이상 높은 차폐율을 달성하도록 연구를 지속할 예정이다.

이번 연구는 ETRI 정부출연금 주요사업의 지원을 받았다. 

ETRI(한국전자통신연구원)가 그래핀  복합소재에 '멕신(MXene)'을 첨가해 전기전도도가 높으면서 가벼운 전자파 차폐 소재를 개발했다. <사진=ETRI 제공>ETRI(한국전자통신연구원)가 그래핀  복합소재에 '멕신(MXene)'을 첨가해 전기전도도가 높으면서 가벼운 전자파 차폐 소재를 개발했다. <사진=ETRI 제공>
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