나노기술 및 정책 정보

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다구성의 복합소재는 부가가치가 높고 효율성이 높은 다기능 소재를 개발하는데 있어서의 효과적이고 실용적인 전략임.

3원 복합소재는 인터페이스 효과와 시너지 효과가 뚜렷하기 때문에 다양한 연구분야에서 특별한 관심을 받고 있음. 통신기술과 전자장치가 기존의 전자기(EM) 환경에 미치는 부정적인 영향을 줄이고 정밀 장비의 간섭을 방지하고 물리적 보호를 충족시키기 위해 3원 복합소재는 고강도 복합소재 개발의 초점이 되었음.

관련 연구를 통해 3원 복합 시스템은 전자파 흡수의 추가 개선을 크게 촉진하였음. 3원 복합 소재의 시너지 효과의 핵심은 기능 성분을 합리적으로 선택하고 적절한 마이크로 구조를 설계하는 것임. 소재의 배합에 대해서는 전기전도도 손실이 통상 감쇠 능력에 주요한 영향을 미치는 점을 고려해 탄소소재를 베이스 소재(base material)로 선택함.

전체 밀도를 낮추고, 화학 안정성을 개선하는 면에서 3원 복합소재는 큰 우세를 보이고, 다양한 품종은 응용 분야를 확장하는데 유리하며, 자성(磁性) 소재는 자기전도도를 증가시킴으로써 자기 손실을 도입하고 임피던스 매칭을 할 수 있는 것으로 나타났음.

금속 니켈은 전형적인 연자성 소재로서 높은 자기 전도도 및 포화 자화 강도의 강점을 가지고 있어 자기 손실 용량을 향상시키고 고주파 범위에서 EM 흡수를 보장하기 위해 Snoek의 한계를 향상시키는데 동움이 되기 때문에 많은 과학자들은 EM 흡수 관련 연구를 실행하고 있음. 유전체 구성 요소에 대해서는 일반적으로 산화물 세라믹을 사용하여 EM 매개 변수를 조절하게 됨.

적절한 유전체 상수를 가진 TiO2는 임피던스 매칭 성능을 보이고 있으며, 얇은 코팅으로 제조하면 TiO2는 외부 EM 파를 흡수하고 내부 구성 요소를 산화 혹은 부식되지 않도록 보호함.

표면 형상과 같은 미세구조는 일반적으로 성능에 영향을 미치는 또 다른 중요한 요소로 간주되는데, 나노섬유는 높은 형태 이방성을 가진 전형적인 1차원 구조로서 소재의 전자기 성능에 큰 영향을 미침. 높은 종횡비는 전자 전도를 촉진할 수 있기 때문에 전도 손실 능력을 어욱 더 확대할 수 있음.

그 외, 나노섬유의 적층은 3차원(3D) 네트워크를 형성하여 여러 차례의 산란을 증가시키게 됨. 나노섬유의 각종 제조 방법 중에서 정전기 방사(紡絲) 기술은 원가가 저렴하고 생산량이 높고 작업하기에 편리하고 환경 친화적임.

적당한 하소(calcination) 과정을 거치면 폴리머의 전구체 속 금속이온을 금속 혹은 금속 산화물로 전환시킬 수 있어 독특한 표면 상태를 가지는 자체 조립 섬유구조를 만들 수 있음.

최근 중국 산둥(山東, 산동) 대학교 소재과학 및 공정 대학의 왕펑룽(王鳳龍, 왕봉룡) 교수 연구팀은 전기 방사(紡絲)와 열처리 방법을 결합시켜 정밀한 Ni 임베디드 TiO2/C 코어쉘 3원 나노섬유를 개발함.

연구팀은 탄소 베이스 소재는 자발적으로 티타늄염과 니켈염을 TiO2와 Ni로 환원시킨 뒤 이를 자체 조립하여 보다 정교한 1차원 구조를 형성할 수 있다는 점을 입증하였음.

연구팀은 TiO2로 최적화된 임피던스 매칭 특성과 금속 Ni은 전자기 매개 변수에 대한 조절을 통해 쇠감 능력을 향상시킨다는 점을 발견하였음. 이 전략은 복잡한 구조를 가진 3원 나노섬유를 제조하는 매우 단순화된 방법을 제시하고 다양한 구성 기능을 충분히 발휘시켜 시너지 효과를 활용하였음.

연구팀은 탄소 나노섬유의 표면에 거칠고 주름진 TiO2 층을 고르게 코팅한 동시에 금속 Ni 나노입자를 나노섬유 표면과 내부에 균일하게 삽입시켰음. 그 결과 TiO2와 몰 비례가 4:1인 3원 나노섬유 금속 니켈은 뛰어난 전자파 흡수 성능을 보여줌.

연구팀은 Ni 임베디드 TiO2/C 코어쉘 3원 나노섬유가 이상적인 전자파 흡수 소재로 전자파 흡수 성능을 향상시키기 위한 의미 있는 이론적 지침을 제공함.

본 연구 성과는 ‘Composites PartB: Engineering’ ("Facile fabrication of Ni embedded TiO2/C core-shell ternary nanofibers with multi component functional synergy for efficient electromagnetic wave absorption") 지에 게재됨.