나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 도시 환경 연구소 왕인(汪印) 연구원이 주도하는 "청정에너지 기술 및 탄(炭) 소재 연구 그룹"은 산화 그래핀 나노 시트 층의 자가 조립을 통해 합성된 박막을 전구체로 사용하고, 박막 내에서 제어 가능하고 균일하게 층을 나눌 수 있는 다공성 구조를 개발하여 플렉시블 다공성 멤브레인을 제조하는데 성공함.

선진 전자 설비와 무선 통신 기술의 빠른 발전은 사용자들에게 매우 큰 편리를 제공하고 있지만 무시할 수 없는 전자파 방사 문제를 일으키고 있음. 이런 상황은 주변 전자 부품들의 정상적인 실행에 간섭을 줄 뿐만 아니라 정보의 안전성과 통신 품질에도 영향을 미치고 있으며, 사용자들의 신체에도 심각한 악영향을 끼치게 됨.

5G 통신기술이 채용된 고도로 집적되어 있고 출력 파워가 큰 고주파 차세대 전자 디바이스 수량이 급격히 증가하고 있는 상황에서 전자파 간섭과 방사 문제는 점점 더 심각해지고 있음.

그래핀, 탄소 나노튜브, 탄소 섬유, 활성탄 등으로 제조되는 탄소 베이스 전자기 차폐 소재는 무게가 가볍고, 내부식성이 뛰어나며, 성능을 쉽게 조절할 수 있는 등의 강점을 가지고 있기 때문에 높은 관심을 받아 탄소 베이스 폴리머 복합 소재, 탄소 에어로겔 소재(Carbon aerogel material), 탄소 멤브레인 소재 등의 개발이 진행중임.

우수한 전자파 차폐 효과를 얻기 위해 폴리머 복합 소재와 에어로겔 소재는 두께가 일반적으로 수 mm, 심지어 수 cm 수준에 달하고 있으며, 고온 열처리를 거친 탄소 멤브레인 소재는 기계적 성능이 떨어지고 유연성이 부족하기 때문에 실제 응용 면에서 큰 제한을 받고 있음.

때문에 무게가 가볍고, 두께가 얇고, 유연하면서 차폐 성능이 뛰어난 성능들이 통합된 신형 전자기 차폐 소재 개발은 현재 연구개발 분야가 풀어야 할 중요 과제인 동시에 풀기 어려운 난제로 남아 있는 상황임.

연구팀은 분리된 그래핀 시트의 층간이 견고하게 연결되도록 형성된 다공성 구조가 부하 전송을 효과적으로 실현할 수 있다는 점을 발견함. 또한, 그래핀 멤브레인에 접을 수 있는 동시에 회복 탄성과 유연성을 함께 부여하였는데, 회복 탄성이 고온과 초저온 액체 질소(-196℃) 처리 및 1,000회 순환 접음을 실행한 후에도 변하지 않는다는 것을 입증하였음.

그 외, 연구팀은 다공성 구조는 전자기파가 멤브레인 내에서 중복 반사 횟수를 증가시키기 때문에 소재의 전자기파 흡수와 차폐 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있다는 점을 입증하였음.

연구팀이 개발한 다공성 그래핀 멤브레인은 두께가 200μm보다 얇을 때에도 초고(超高) 차폐 효과(~63.0dB, 99.99995%의 입사 전자파 차폐) 수준에 도달함으로써 응용 수준인 20dB 요구를 대폭 능가한 동시에 밀도는 48mg/cm3 이하를 달성함.

연구팀은 이번 연구를 통해 가벼운 동시에 얇고 플렉시블 성능이 우수한 전자기 차폐 소재에 대한 제어 가능한 제조를 실현하였으며, 연구팀이 개발한 신소재는 플렉시블 전자 디바이스, 웨어러블/접을 수 있는 전자 제품의 전자파 차폐를 실현하는 분야에서 밝은 응용 전망을 보이고 있음.

본 연구 성과는 ‘Carbon’ ("Controllable fabrication of elastomeric and porous graphene films with superior foldable behavior and excellent electromagnetic interference shielding performance")지에 게재됨.