전북대학교 김태욱 연구팀(유연인쇄전자전문대학원)이 차세대 무인자동차와 5세대 이동통신 전자파를 막는 핵심소재로 활용될 수 있는 전자파 차폐소재를 개발했다고 3일 밝혔다. 

이는 종이처럼 겹겹이 적층 구조를 가진 단결정 구리 나노시트를 이용해 매우 가벼우면서 대량생산이 가능하고, 가격까지 저렴해 차세대 이동통신과 전기자동차 등의 전자기기에 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

이 연구는 ‘Hierarchical Porous Film with Layer-by-Layer Assembly of 2D Copper Nanosheets for Ultimate Electromagnetic Interference Shielding’(제1저자 최호광 박사과정)라는 제목의 논문으로 세계적인 학술지 ACS Nano(Impact Factor: 14.588) 1월 26일자 온라인판에 게재됐다. KIST 전북분원, 전남대, 서울대 연구팀이 참여, 한국연구재단 중견연구자 지원사업으로 수행됐다.

전자파 차폐필름은 전자제품 또는 전기자동차를 사용할 때 발생하는 전자파로부터 전자기기의 구동회로와 인체를 보호하기 위해 적용되는 소재로 일상생활에 사용되는 다양한 제품들에 적용되고 있다. 특히 5G 이동통신과 전기모터와 배터리 그리고 대량의 데이터를 무선으로 주고받는 자율주행 전기자동차의 상용화를 위해 개발이 필요한 핵심 소재기술이다.

그러나 최고 사양의 하이엔드(high-end)급 차폐 소재는 일본, 독일 등으로부터 수입에 의존하고 있어 이에 대한 연구개발의 중요성이 제기돼 왔다.

이에 연구팀은 ‘수열합성법’을 통해 2D 구리 나노시트(길이 수십마이크로 미터이며 두께가 수십나노미터)를 성공적으로 대량 합성, 단결정 구리나노시트 용액을 스프레이 공정을 적용해 대면적(A4)의 전자파 차폐필름을 제작했다. 수열합성법을 통한 대량합성과 스프레이기반의 코팅 공정을 통해 가격이 저렴하고 특성이 우수한 전자파차폐필름 제작이 가능함을 확인했다.

특히 2D 구리 나노시트는 단결정구조를 가지며, 스프레이 공정을 통해 필름을 만들 경우 각각의 2D구리 나노시트들의 겹겹이 쌓이는 적층구조가 만들어지게 되고, 이렇게 만들어진 적층형 공극구조에 의해 내부반사가 증가해 매우 높은 전자파 차폐특성(10마이크로미터의 2D구리 나노시트필름에서 약 100dB)을 확보할 수 있었다.

이는 일반적으로 사용되는 구리포일과 비교했을 때, 단결정 구리 나노시트의 적층구조 필름은 동일한 두께에서 1000배 향상된 차폐특성을 보여주고 있음이 확인됐고, 기존에 알려진 소재보다 우수한 특성을 보이는 것으로 나타났다.

특히 개발된 전자파 차폐필름은 간단한 스프레이 공정을 통해 다양한 형태를 가지는 물체 또는 필름에 원하는 두께로 코팅이 가능해 다양한 응용처에 적용할 수 있으며, 단결정 구리 특유의 내산화성과 나노시트로 인한 유연성 또한 확보해 차세대 전자파차폐 핵심 소재로의 응용가능성이 높이 평가되고 있다.

김태욱 교수는 “개발된 소재기술은 우리에게 익숙한 구리소재의 구조를 제어해 전자파 차폐 특성을 극대화한 기술로, 저가의 생산이 가능하고 산업계에 이미 구축돼 있는 생산라인에 손쉬운 적용이 가능하다”며 “기존 전자파 차폐필름의 대체 및 향후 차세대 이동통신과 전기자동차 등의 전자기기에 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

/장은성 기자