나노기술 및 정책 정보

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우수한 EMI 차폐 효율(SE)을 보유하고, 가볍고 편리한 성능과 우수한 기계 성능을 보유하고 있는 전자기 간섭(EMI) 차폐 소재는 현대 사회에서 중요한 역할을 발휘하지만 한 가지 소재에서 관련 성능을 동시에 실현할 수 있도록 하는 과제는 큰 도전에 직면하여 있는 상황임.

중국과학기술대학교 위수훙(兪書宏) 원사(院士) 연구팀은 지속가능한 이중 네트워크 (Double-Network) 구조 소재를 개발함. 동 소재는 우수한 비교 강도(146 MPa g–1 cm3)와 섬유소 나노섬유(CNF)와 탄소나노튜브(CNT)의 우수한 EMI SE(100 dB)를 보유하고 있는 것으로 나타남. 이는 동 소재가 전형적인 금속 소재와 이미 보도된 폴리머 복합 소재보다 더욱 우수한 성능을 보유하고 있음을 의미함.

특히 바이오 분야에서 아이디어를 받은 이중 네트워크 구조 디자인은 극히 높은 전도율과 기계 강도를 동시에 실현할 수 있는 것으로 나타남. 이는 관련 소재로 하여금 가볍고 높은 차폐 효율 특성을 보유한 소재로 되게끔 한 동시에 현실적인 전자기파 차폐 응용의 지속가능한 구조 소재로 사용될 수 있게끔 하고 있음.

CNF/CNTs 주체의 주요 성분으로서 CNF는 전망이 밝은 고성능, 고결정도를 보유한 완전히 천연적인 나노섬유로 평가를 받고 있고, CNTs와 사이즈 매칭 및 조립을 실행할 수 있으며, 바이오 분야에서 아이디어를 받아 형성한 바이오닉스 이중 네트워크를 통해 우수한 전도성과 기계 강도를 실현하는 전략을 제공할 수 있음.

CNF/CNTs 이중 네트워크 상태의 복합 구조 소재 제조는 CNF/CNTs 하이드로젤 제조부터 시작됨. 일정한 농도의 칼슘 이온(Ca2+) 수용액을 교련제로 사용하여 CNF/CNTs 혼합물 속에 분사하고, CNF는 Ca2+와 CNF의 카르복실기 사이에 형성된 배위키를 빌려 자체적인 교차를 실현하게끔 하며, 나노섬유 사이에서 풍부한 수소 결합을 형성하게 됨.

연구팀은 간단하면서도 확장이 가능하고 바이오 분야에서 아이디어를 받은 전략을 개발하고, CNF와 CNT를 고성능 EMI 차폐 구조 소재인 CNF/CNT로 처리함. 동 소재는 한 가지 재료 속에서 다양한 기능을 발휘하는 것으로 나타났으며 구체적으로 우수한 기계강도, 우수한 내 부식성, 우수한 내화학성, 효율적인 가공 가능성을 포함하고 있는 것으로 나타났음.

CNF와 CNT로 형성되고 바이오 분야에서 아이디어를 받은 동시에 치밀하고 균일한 특성을 보유하고 있는 나노섬유 이중 네트워크 구조는 극히 높은 기계 강도와 전도성을 보유하고 있으며, 이런 우수한 성능을 보유하고 있기 때문에 CNF/CNTs 복합소재는 EMI 차폐에 사용할 수 있는 고 강도, 경질(輕質) 구조를 보유한 소재로 폭넓게 사용될 것으로 전망됨.

본 연구 성과는 ‘Nano Letters’ ("Sustainable Double-Network Structural Materials for Electromagnetic Shielding")에 게재됨.