광대역 전자파 차폐 가능한 고결정성 맥신 소재 개발
김명기 교수팀 연구 결과 ‘Advanced Functional Materials’ 게재
▲(왼쪽에서) 구종민 교수(교신저자, 성균관대), 김명기 교수(교신저자, 고려대),
Aamir Iqbal 박사(제1저자, 성균관대), 권지성 박사과정생(제1저자, 고려대)
융합에너지공학과/KU-KIST 융합대학원 김명기 교수와 성균관대학교 구종민 교수는 차세대 전자기 간섭(EMI) 차폐를 위한 혁신적인 고결정성 맥신(MXene) 소재를 개발했다.
이 소재는 최대 110GHz의 밀리미터파에 이르기까지 광범위한 주파수 대역에서 탁월한 차폐 성능을 보여주며, 첨단 전자 및 통신 장치의 전자기 간섭(EMI) 문제를 해결할 가능성을 제시한다.
이번 연구 결과는 국제 저명학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials, IF=18.5)에 7월 10일 게재됐다.
논문명 : Environmentally Stable and Highly Crystalline MXenes for Multispectral Electromagnetic Shielding up to Millimeter Waves
논문 URL : https://doi.org/10.1002/adfm.202409346
고결정성 맥신, 특히 Ti3C2Tx의 합성과 응용에 중점을 두고 있는 이번 연구는 높은 전도도(18,000 S cm-1)와 환경 안정성을 자랑한다. 기존의 구리와 알루미늄 같은 차폐 재료는 무겁고 부식되기 쉬운 반면, 맥신은 가볍고 가공이 용이하며 얇은 층에서도 차폐 효과를 유지한다.
고결정성 Ti3C2Tx 맥신은 현대 통신 및 레이더 시스템에서 사용되는 모든 주요 주파수 대역을 포함하여 100kHz에서 110GHz까지의 전자기파를 효과적으로 차폐한다. 이 물질은 시험 된 맥신 및 합성 재료 중 가장 높은 전도도를 자랑하며, 환경에 노출된 후 1년이 지나도 전도도의 95% 이상을 유지한다. 10μm 두께의 Ti3C2Tx 맥신 필름은 최대 106dB의 EMI 차폐 효과를 발휘하며, 유사한 두께의 다른 재료보다 우수한 성능을 보인다. 이 혁신은 휴대용 전자 기기, 자율 주행 차량, 차세대 레이더 시스템 등 다양한 산업 분야에 걸쳐 EMI 차폐 솔루션을 제공하여 전자 기기의 호환성과 안정성을 보장할 수 있다.
김명기 융합에너지공학과/KU-KIST 융합대학원 교수는 “고전도성 다층 나노구조를 갖는 맥신은 다양한 응용 분야에서 우수한 성능을 발휘할 것이다.”라고 말했다.
구종민 성균관대 교수는 “맥신은 소재의 독특한 이차원 소재 특성 덕분에 전자파 차폐 재료의 새로운 가능성을 열어가고 있다. 저희가 개발한 고결정성 Ti3C2Tx 맥신은 광범위한 주파수 대역에서 탁월한 차폐 성능을 제공할 뿐만 아니라, 산화 안정성 면에서도 뛰어난 결과를 보여주고 있다.”라고 말했다.
본 연구는 고려대, 성균관대 연구팀이 한국과학기술연구원 전자파솔루션(SEIF)융합연구단 (단장 박종혁), ㈜이노맥신(대표 오정민)과 공동으로 진행했으며, 과학기술정보통신부의 나노 및 소재 사업, 출연연융합연구사업과 현대모비스의 지원을 받아 수행됐다.
<그림 1>
그림 설명 : 다양한 주파수 대역에서의 전자기 스펙트럼과 이를 활용한 응용 분야
<그림 2>
그림 설명 : 제작된 Ti3C2Tx 맥신(HC-Ti3C2Tx)의 고결정성을 보여주는 X선 회절패턴과 전자 주사 현미경 및 고해상도 투과 전자 현미경 이미지