▲ Ti3C2Tx 및 Ti3C2Tx-SA 고분자 복합체 필름 제조 모식도 .

국내연구진이 금속 없는 전자파 차폐소재 개발에 성공했다. 최근 전자장치들의 소형화, 고집적화, 고기능화로 장치간 전자파 간섭이 커지면서 발생되는 있는 오작동 문제 해결에 큰 도움이 될 것으로 보인다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권)은 8일 구종민 물질구조제어연구단 박사팀과 미국 Drexel 대학교 Yury Gogotsi 교수팀이 공동연구로 ‘MXene’이라 불리는 2D 新나노재료, 전이금속 카바이트(Transition Metal Carbide)를 이용해 전기전도성이 우수하면서도 가볍고, 저가이며, 가공성 또한 우수한 전자파 차폐 소재를 개발했다고 밝혔다.

전자파 차폐 소재는 전자파간섭 현상을 차단하는 소재로서, 전기전도성이 높을수록 전자파차폐 효율이 우수하다. 기존에는 은, 구리와 같은 금속 소재들이 주로 사용되었지만 고 밀도, 비싼 제조비용, 무겁고 부식이 되기 쉬웠으며, 어려운 가공으로 차세대 모바일 전자/통신 장치들에 사용에 한계가 있었다.

이에 구종민 박사팀은 기존 소재들의 문제점들을 극복하기 위해, 2D 나노재료인 전이금속 카바이트(Transition Metal carbide (MXene))를 포함하는 고분자 복합체를 이용해 마치 흑연의 구조와 유사한 다층적층 구조의 전자파 차폐가 우수한 소재를 개발했다.

전이금속 카바이트(MXene) 소재는 티탄늄(Ti)과 같은 중금속 원자와 탄소(C)원자의 이중 원소로 이루어진 나노물질로서 형상적으로는 1nm(나노) 두께 와 수 μm(마이크로미터) 길이를 가지는 이차원적인 판상구조를 가지는 2D 나노 재료이다.

기존 나노재료들에 비해 제조 공정이 간편하고 저비용으로 생산 가능할 뿐만 아니라 표면에 다수의 친수기(물과 친화성이 강한 원자단)를 포함하고 있어, 용매에 분산이 용이하고 고분자 복합체 제조가 용이하다. 또한 우수한 전기전도성을 가지고 있어 전기전도성이 요구되는 다양한 필름, 코팅 제품 응용에 유리한 특성을 가진다.

전이금속 카바이트 고분자 복합체는 기존 고분자 복합체에 비해 매우 얇은 두께에서도 우수한 전자파차폐 특성을 보인다. 이는 우수한 전기전도도(5000S/cm)를 가지고 있을 뿐만 아니라, 45μm(마이크로) 두께의 얇은 필름 상에서 92dB라는 기존의 금속필름과도 비견될만한 우수한 결과를 나타냈다.

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

KIST 구종민 박사는 “본 연구의 전이금속 카바이트(MXene) 고분자 복합체는 기존 소재에서 구현하기 힘들었던 우수한 전기전도성을 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 용이한 가공성, 저비중, 저비용, 고유연 특성들을 가지고 있어 전자파차폐소재 뿐만 아니라 다양한 전자소재분야에도 응용이 기대되는 소재이다.”고 밝혔다. 현재 연구진은 개발된 MXene 고분자 복합체를 이용한 전자파차폐소재 상용화 후속연구에 박차를 가하고 있다.

한편, 본 연구는 미국 Drexel University, Yury Gogotsi 교수팀과 공동으로 수행됐다. 본 연구는 KIST 기관고유 연구사업과 미래창조과학부(장관 최양희) 미래원천기술개발사업, 산업소재원천기술개발사업, 해양경비안전사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 세계적인 우수 과학 저널인 ‘Science’에 9월 9일자(한국시간) 온라인 판에 게재됐다.