▲ ETRI가 개발한 전이금속 카바이드가 결합된 다공성 그래핀/고분자 복합체

국내 연구진이 ‘꿈의 신소재’로 불리는 그래핀 복합소재를 이용해 통신, 전기, 전자기기로부터 나오는 전자파를 탁월하게 차단하면서 센서로 활용할 수 있는 소재를 개발하는데 성공했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 그래핀 복합소재에 ‘멕신(MXene)’을 첨가해 전기전도도가 높으면서도 매우 가벼운 전자파 차폐 소재를 개발했다고 24일 밝혔다.

4차 산업혁명 시대를 맞아 사물인터넷(IoT) 기기, 전기자동차, 자율주행자동차 전장 부품 등 전자기기가 증가하고 있는 가운데 이들 제품의 신뢰성 향상을 위해선 전자파 간섭(EMI, Electromagnetic Interference)을 막는 차폐 기술이 반드시 필요하다.

기존에는 주로 구리(Cu)와 같은 금속을 이용해 전자파 차폐 소재를 개발했으나 금속 재료는 무거울 뿐 아니라 가공도 어려웠다. 신소재인 그래핀을 활용해 전자파를 차단하려는 연구도 있었지만 금속보다는 전기전도도가 낮아 한계가 있었다.

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

연구진이 개발한 소재는 전자파 차폐율이 99.9999994%로 세계 최고 수준인 것으로 나타났고 높은 전기 전도도를 지니면서도 매우 가벼운 특성을 지녔다. 뿐만 아니라 유연하고 저렴할 뿐 아니라 금속재료보다 제조가 쉬워 필름이나 코팅으로 상용 제품을 양산하는데도 유리하다.

또한, 다공성 구조를 가지는 그래핀/고분자 복합소재로 외부 압력에 따른 구조 변형에 의한 저항 변화를 측정해 압력 센서로서의 응용 가능성이 확인됐다. 특히 이차원 전이금속 카바이드가 결합된 경우, 비표면적의 증가로 인해 압력 센서의 성능을 나타내는 민감도가 크게 향상되는 것으로 나타났다.

연구진은 이번에 개발된 소재가 전자파 노출이 많거나 집약도가 높은 전자 및 의료기기, 자동차 전장부품, 웨어러블 스마트 제품, 로봇 등에 많은 활용이 이뤄질 것으로 기대하고 있다. 이번 기술은 관련 국내·외 특허출원등록도 진행 중이며 전자기기, 전자소재 및 전자파 차폐 관련 업체 등에 바로 기술이전이 가능해 2년 내로 상용화가 가능하다고 연구진은 설명했다.

ETRI ICT창의연구소 신소자연구실 최춘기 박사는 “본 기술은 나노 복합체로써 세계 최고 수준의 전자파 차폐 성능을 가짐과 동시에 외부의 작은 압력에도 민감하게 반응하는 센서 기능, 면상발열체 등 다기능을 부여할 수 있다”며 “향후 소재의 대면적화를 위한 필름 제조 및 코팅 기술을 개발하고 초 주파수 밀리미터파 30~300GHz 대역에서 90dB 이상 고 차폐율을 달성할 수 있도록 연구를 거듭해나갈 예정”이라고 설명했다.

한편 이번 연구는 ETRI 정부출연금 주요사업의 지원으로 수행됐다.