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전자파 막는 소재 고분자 복합체(MXene) 개발

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Ti3C2Tx 및 Ti3C2Tx-SA 고분자 복합체 필름 제조모식도. Ti3C2Tx MXene 표면에 다양한 관능기가 존재해 고분자 (SA)와의 친화도가 우수해 고분자복합체 제조 및 필름 성형이 용이하다.


통신과 전자기기 사용이 늘면서 전자파 간섭현상이 많이 발생하고 있다. 전자파는 눈에 보이지 않지만 기기 오작동뿐만 아니라 암을 유발하는 등 인체에 유해한 영향을 줄 수 있다. 국내 연구진이 금속을 사용하지 않으면서 전자파 간섭을 막는 전자파 차폐 소재(EMI Shielding Materials)를 개발했다.

구종민 한국과학기술연구원(KIST) 물질구조제어연구단 박사팀은 미국 드렉셀(Drexel)대학교 유리 고고치(Yury Gogotsi) 교수팀과 공동연구로 `MXene`이라 불리는 2D 신 나노재료, 전이금속 카바이트를 이용해 전자파 차폐 소재를 개발했다.

전자파 차폐 소재는 전자파간섭 현상을 차단하는 소재다. 구종민 박사팀은 2D 나노재료인 전이금속 카바이트를 포함하는 고분자 복합체를 이용해 흑연 구조와 유사한 다층적층 구조 소재를 개발했다.

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Ti3C2Tx 및 Ti3C2Tx-SA 고분자 복합체 형상 및 특성. 2D 나노 판상구조의 Ti3C2Tx MXene 및 이를 이용한 MXene 고분자 복합체 이미지와 두께에 따른 전자파 차폐 특성을 보인다. Ti3C2Tx는 1나노미터(nm) 두께에 수 마이크로미터 (μm) 길이를 가지는 2D 판상구조이며 고분자 복합체 제조시 여러 층이 적층된 구조를 보이고 고분자 내에 잘 분산 된다. 또한 두께에 따라 전자파차폐성능이 증가하며 2.5마이크로미터 두께에서 58 dB, 45마이크로미터 두께에서 92dB 의 높은 전자파차폐특성을 보인다.


전이금속 카바이트(MXene) 소재는 티탄늄과 같은 중금속 원자와 탄소원자의 이중 원소로 이뤄진 나노물질이다. 1㎚(나노미터)두께와 수 ㎛(마이크로미터) 길이를 갖는 이차원적인 판상구조를 가진 2D 나노 재료다. 기존 나노재료보다 제조 공정이 간편하고 저비용으로 생산할 수 있다. 용매 분산이 쉽고 고분자 복합체 제조가 편하다. 우수한 전기전도성을 지녀 전기전도성이 요구되는 다양한 필름, 코팅 제품 응용에 유리한 특성을 가진다.

전이금속 카바이트 고분자 복합체는 기존 고분자 복합체보다 매우 얇은 두께에서도 우수한 전자파차폐 특성을 보인다. 우수한 전기전도도(5000S/㎝)를 갖고 있을 뿐만 아니라, 45㎛(마이크로) 두께의 얇은 필름 상에서 92㏈라는 우수한 결과를 나타냈다.

이번에 개발된 고분자 복합체는 스핀코팅, 스프레이코팅, 롤가공 등의 다양한 필름가공과 코팅성형이 가능해 향후 전자파차폐재 상용화 연구에도 장점이 있을 것으로 전망했다.

구종민 KIST 박사는 “전이금속 카바이트 고분자 복합체는 전자파차폐소재 뿐만 아니라 다양한 전자소재분야에도 응용이 기대되는 소재”라고 말했다. 연구진은 개발된 복합체를 이용한 전자파차폐소재 상용화 후속연구에 박차를 가하고 있다.

연구 결과는 세계 과학 저널인 `사이언스(Science)`에 9일자(한국시간) 온라인판에 게재됐다.

송혜영기자 hybrid@etnews.com

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