나노기술 및 정책 정보

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선진적인 마이크로파 흡수(MA) 나노 소재 제조는 군수 분야와 민수 분야에서 점점 더 심각해지고 있는 전자기 오염 문제를 해결하는데 중요한 과제가 됨. 그래핀과 MXene는 우수한 구조와 성능을 가지고 있기 때문에 많은 관심을 받고 있음. 예를 들면 높이, 길이, 폭 비례, 활성 화학 표면, 각 종 합성 공법 등 공동 특징은 그래핀과 MXene에 독특한 우세를 부여하고 있으며, 이런 독특한 우세로 인해 그래핀과 MXene는 효율적인 MA 구조를 보유한 경량급(輕量級) 부품 및 각종 복합 소재 개발에 폭넓게 응용될 수 있음.

다른 전기 전도율로 인해 MA 소재 디자인, 제조, 응용 과정에서 반드시 독특한 기술을 사용해야 하는 난제에 직면하여 있는데 중국 시베이(西北) 공업대학교 리허쥔(李賀軍) 원사(院士) 연구팀은 최근 그래핀과 MXene 베이스 파 흡수 소재를 개발하였음. 연구팀은 그래핀과 MXene 베이스 MA 소재 비교를 통해 그래핀과 MXene 베이스 MA 소재가 고성능 MA 분야에서 가지고 있는 우세를 분석하고 이런 MA 소재의 응용 및 도전에 대한 분석을 하였음.

과거 몇 년 간 그래핀과 MXene의 전자기 감쇠 소재에 대한 연구를 통해 두 가지 전형적인 2D 나노 소재는 우수한 MA 응용 분야에서 중요한 지위를 차지하고 있다는 점이 입증된 동시에 강한 전자기 소모 능력과 양호한 저항 매칭은 얇고, 가볍고, 폭넓고, 강한 EMW 흡수 목표를 실현하는 핵심 원칙이 되고 있다는 점이 입증되었음. 하지만 미래 복잡 전자기 환경 수요를 충족시키기 위해서는 그래핀과 MXene 베이스 소재의 흡수 성능을 한층 더 향상시키는 것이 중대한 과제로 대두된 상황이며 연구팀은 다음과 같은 분야에서의 연구를 중점적으로 추진하였임.

우선, 저 주파수 범위(특히 대부분의 민수 분야 무선 전자 설비와 중요한 군수 분야 검출 기기의 작업 주파수와 대응되는 0.1-6 GHz 범위) 내에서의 MA 성능 차이는 현재 그래핀과 MXene 소재에 기반한 광대역 흡수 관련 연구 분야에서의 중대 도전이 되고 있는데 연구팀은 저 주파수 범위 내에서의 MA 성능 차이에 대한 심층적인 연구를 실행하였음.

다음, 이종 접합 구조는 매우 강한 인터페이스 극화(極化) 능력을 가지고 있기 때문에 그래핀과 MXene 소재의 파 흡수 성능을 증강시키는데 유리한 상황임. 연구팀은 이종 접합 구조의 소재 합성 연구를 통해 나노 벨트와 나노 시트와 같은 큰 길이와 지름 비례를 보유하고 있는 2차원 소모 소재 개발을 추진하였음.

셋째, 그래핀과 MXene 소재의 실제적인 응용을 위해 연구팀은 순수 그래핀과 MXene의 다른 사이즈 하에서의 미시 구조와 형태 간의 정밀 관계 및 전자기 성능에 대한 연구를 실행하였음.

넷째, 구조와 기능 디자인 기술 간의 결합을 통해 MA 두께와 무게를 감소시킬 수 있는데 연구팀은 양호한 기계 강도와 파 투과가 가능한 기본 소재를 선택하여 MA 두께와 무게 감소를 위한 연구를 하고 전자기 오염을 완화시키는 연구를 추진하였음.

본 연구 성과는 ‘Advanced Functional Materials’ ("Graphene and MXene Nanomaterials: Toward High-Performance Electromagnetic Wave Absorption in Gigahertz Band Range") 지에 게재됨.