▲ 맥신 나노입자 수분용액에 에틸아세테이트(ethyl acetate)를 첨가하면 증발속도 차이에 의해 대류가 발생하고 자발적으로 단일 층 맥신 필름을 형성하게 된다. 이렇게 형성된 단일 층 맥신 필름을 원하는 기판에 전사 후 건조한다.

국내 연구진이 신소재 ‘맥신(MXene)’을 적용해 전자파 차단 효율을 극대화할 수 있는 필름을 개발하는데 성공했다.

한국과학기술연구원(KIST)은 물질구조제어연구센터 구종민 센터장 연구팀이 한국과학기술원(KAIST, 총장 신성철) 신소재공학과 김상욱 교수, 미국 Drexel 대학교 Yury Gogotsi 교수팀과의 공동연구를 통해 전자파 차단 신소재 ‘맥신’을 나노미터 두께의 초박막 필름으로 제작하는 기술을 개발했다고 15일 밝혔다.

맥신은 구종민 센터장이 2016년 개발한 2차원 나노 재료로 금속과 같은 수준의 높은 전기전도도(106S/m)를 가지며, 기존 금속 전자파 차폐 소재보다 가벼우면서도 가공이 쉬운 장점이 있다. 그동안 맥신 소재 자체의 우수한 전자파 차단 성능은 보고됐지만, 고집적 5G 통신 및 모바일 전자기기에 직접 응용 가능한 기술은 개발되지 않은 상태였다.

이에 공동연구진은 유연 전자소자 및 5G 통신 모바일 기기에 적용할 수 있는 전자파 차폐 소재 기술로써 자가조립(Self-assembly)기술을 활용해 원자 수준의 두께 균일도를 가지는 초박막 맥신 필름을 제작했다.

맥신 수분산액 표면에 휘발성이 있는 용액을 공급하여 맥신을 표면에 표류시키고, 표면장력 차이에 의한 대류 현상에 의해 맥신 나노입자들이 스스로 배열하여 원자수준의 두께 균일도를 가지는 초박막 맥신 필름을 형성한다.

이를 통해 원자단위의 두께 균일도를 가지는 대면적 필름을 제조할 수 있으며 원하는 기판에 쉽게 전사(tranfer)할 수 있다. 또한 여러 번 적층해 두께 및 투과도, 표면저항을 자유롭게 제어할 수 있는데 필름을 55nm(나노미터) 두께로 적층하면 99% 이상 전자파 차단이 가능했다. 이는 현재까지 보고된 어떤 전자파 차단 소재보다 두께 대비 차단 효과가 우수하다.

KIST 구종민 센터장은 “향후 개발된 맥신 박막 코팅 기술이 다양한 전자기기에 적용되고 양산화 공정을 구현할 수 있을 것으로 기대되며, 장기적으로는 차세대 전자파 차폐 및 유연인쇄 전자소자 응용 연구를 촉진하는 계기를 마련하게 될 것으로 기대된다”고 밝혔다.

한편 이번 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업과 KIST Research Laboratory사업, 리더연구자지원사업(다차원 나노조립제어 창의연구단), NNFC-Drexel-SMU 국제 공동연구사업으로 수행됐다. 연구 결과는 과학전문지인 ‘Advanced Materials’ (IF:25.809, JCR 분야 상위 1.042%) 최신 호에 표지 논문(Inside cover)으로 게재됐다.