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성균관대–고려대 공동연구팀, 광대역 전자파 차폐 가능한 소재 개발

- 국제 저명학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈에 논문 게재

▲ 구종민 교수(교신저자, 성균관대), 김명기 교수(교신저자, 고려대), Aamir Iqbal 박사(제1저자, 성균관대), 권지성(제1저자, 고려대)

우리 대학 신소재공학부 구종민 교수와 고려대 김명기 교수 공동연구팀은 한국과학기술연구원 전자파솔루션융합연구단(단장 박종혁), (주)이노맥신(대표 오정민)과 공동으로 차세대 전자기 간섭(EMI) 차폐를 위한 혁신적인 고결정성 맥신(MXene) 소재를 개발했다. 이 새로운 재료는 최대 110GHz의 밀리미터파에 이르기까지 광범위한 주파수 대역에서 탁월한 차폐 성능을 보여주며, 첨단 전자 및 통신 장치의 전자기 간섭(EMI) 문제를 해결할 수 있는 가능성을 제시한다.

고결정성 맥신, 특히 Ti3C2Tx의 합성과 응용에 중점을 두고 진행한 이번 연구에서 공동연구팀은 높은 전도도(18,000 S cm-1)와 환경 안정성을 자랑하는 소재를 개발하였다. 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 시험된 맥신 및 합성 재료 중 가장 높은 전도도를 자랑하며 환경에 노출된 후 1년 후에도 초기 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 있다고 연구팀은 밝혔다.

신소재공학부 구종민 교수는 “맥신은 소재의 독특한 이차원 소재 특성 덕분에 전자파 차폐 재료의 새로운 가능성을 열어가고 있다. 저희가 개발한 소재는 광범위한 주파수 대역에서 탁월한 차폐 성능을 제공할 뿐만 아니라, 산화 안정성 면에서도 뛰어난 결과를 보여준다”고 말했다.

고려대 김명기 교수는 “고전도성 다층 나노구조를 갖는 맥신은 다양한 응용 분야에서 우수한 성능을 발휘할 것”이라고 덧붙였다.

박종혁 한국과학기술연구원 전자파솔루션융합연구단장도 “고결정성 맥신 소재 적용을 통해 미래 모빌리티의 전자파솔루션을 확보할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

본 연구는 과학기술정보통신부의 나노및소재사업, 출연연융합연구사업과 현대모비스의 지원을 받아 수행된 이번 연구의 성과는 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials, IF: 18.5) 7월 10일자로 게재되었다.

※ 논문명: Environmentally Stable and Highly Crystalline MXenes for Multispectral Electromagnetic Shielding up to Millimeter Waves

※ 저널: Advanced Functional Materials(IF: 18.5)

※ 논문링크: https://doi.org/10.1002/adfm.202409346

※ 저자정보: 구종민 교수(교신저자, 성균관대), 김명기 교수(교신저자, 고려대), Aamir Iqbal 박사(제1저자, 성균관대), 권지성(제1저자, 고려대)

▲ 다양한 주파수 대역에서의 전자기 스펙트럼과 이를 활용한 응용 분야

▲ 제작된 맥신 소재의 고결정성을 보여주는 X선 회절패턴과 전자 주사 현미경 및 고해상도 투과 전자 현미경 이미지