나노기술 및 정책 정보

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고주파 고속 5G 통신 기술과 높은 집적도로 가볍고 얇은 스마트 전자 제품의 발전은 생산과 생활을 더욱 편리하게 하지만 전자파 간섭의 심각성도 더욱 뚜렷해지고 있음.

전자파 간섭은 신호 차단, 데이터 분실 등 부정적인 효과를 가져와 전기전자 설비의 성능과 정상 작동에 심각한 영향을 미칠 수 있음.

새로운 전자파 차폐 소재 기술은 전자 오염을 해결하는 핵심적인 기술에 속하며, 특히 초박(超薄), 경질(輕質) 특징을 가지면서 우수한 역학(力學) 강도와 신뢰성을 보이는 고성능 전자파 차폐 소재 개발은 중요함.

탄소나노튜브는 극히 높은 전기 전도도 및 역학 성능이 있으며 전자파 차폐 분야에서 폭넓은 잠재적 응용성이 있지만 탄소나노튜브를 거시적 차폐 체(예를 들면 탄소나노튜브 멤브레인)로 조립할 경우 전기 전도도와 역학 강도는 단일 탄소나노튜브의 1/10 수준에 머물게 되는데 이것은 탄소나노튜브 조립체 속 튜브와 튜브 사이의 상호 작용이 취약하고 접촉 전기 저항이 높기 때문에 발생함.

"어떻게 하면 탄소나노튜브 간의 상호 작용을 효과적으로 높이고 탄소나노튜브 박막의 역학, 전기 전도도와 차폐 성능을 향상 시킬 것인가"라는 과제 해결은 중요함.

중국과학원 선전(深圳, 심천) 선진기술 연구원 산하 "재료 연구소(현재 설립 중에 있음)" 쑨룽(孫蓉, 손용) 연구원 연구팀은 관련 연구를 통해 우선 고온 어널링(annealing) 및 산(酸) 처리 공법을 사용하여 탄소나노튜브 박막의 불순물을 제거하고, 다시 클로로포름 처리를 하여 탄소나노튜브 표면에 양음 전하 분리를 발생시켜 튜브와 튜브 간의 상호 작용을 강화하고 조밀한 구조를 가진 탄소나노튜브 박막을 개발하였음.

조밀한 구조를 보유한 탄소나노튜브 박막은 초고(超高) 차폐 효과와 우수한 역학 강도를 가지고 있는 것으로 나타났는데 두께가 1.85미크론인 탄소나노튜브 멤브레인의 차폐 효과는 51dB 수준에 달하고, 두께가 14.7미크론으로 증가될 때 차폐 효과는 101dB로 향상됨. 튜브와 튜브 사이의 상호 작용이 극히 강하여 조밀화 탄소나노튜브 박막의 인장 강도는 822MPa 수준에 달하는 것으로 나타났음.

더욱 중요한 것은 탄소나노튜브 박막은 우수한 신뢰성을 보이고 강산(强酸)/강(强) 알칼리성 및 온도와 습도가 높은 환경에서 30일이 지난 후에도 차폐 성능은 영향을 받지 않으며 종합적인 성능이 보도된 기타 차폐 소재보다 우수한 것으로 나타났음.

연구팀은 이번 연구를 통해 초박(超薄), 경질(輕質) 특징을 가지는 고성능 전자기 차폐 멤브레인 개발을 위해 새로운 방법을 제공하였음.

연구팀은 이전 연구에서 효율적이고 가볍고 플렉시블한 다양한 전자파 차폐 소재를 개발하고 차폐 메커니즘에 대한 심층적인 탐색을 수행하였음. 이런 소재는 가볍고 부식에 견디는 특징이 있는 탄소 코팅 실버 나노 와이어 하이브리드 스펀지 차폐 소재, 높은 화학 안정성을 보이고 있는 MXene 차폐 소재, MXene/Ag 하이브리드 복합 소재, 그래핀/셀룰로오스 에어로젤, 도핑 그래핀 차폐 종이 소재 등이 포함되고 있으며, 연구팀은 관련 연구개발을 통해 새로운 전자파 차폐 소재 발전을 위한 중요한 이론 및 기술 지원을 제공하였음.

본 연구 성과는 ‘ACS Nano’ ("Ultrathin Densified Carbon Nanotube Film with “Metal-like” Conductivity, Superior Mechanical Strength, and Ultrahigh Electromagnetic Interference Shielding Effectiveness") 지에 게재됨.