재료연, 전자파 막고 적외선 숨기는 ‘초박막 복합필름’ 개발

왼쪽부터 김태훈 한국재료연구원 책임연구원, 최민석 학생연구원, 박경태 박사후연구원.

한국재료연구원(KIMS, 원장 최철진) 융·복합재료연구본부 김태훈 박사 연구팀이 한국과학기술연구원(KIST) 김선준·김재우 박사팀과 공동으로 전자파 차폐와 적외선 스텔스 기능, 고강도를 동시에 갖춘 초박막 복합소재 필름을 개발했다.

연구팀은 탄소나노튜브(CNT) 섬유와 맥신(MXene)을 건축물의 ‘벽돌-시멘트’ 구조처럼 결합했다. 정렬된 탄소나노튜브 섬유가 ‘벽돌’, 섬유 사이를 채운 맥신이 전기가 통하는 ‘시멘트’ 역할을 한다. 탄소나노튜브 섬유 표면에는 맥신과 결합할 수 있는 아민 작용기를 형성했다.

이 구조는 섬유 사이의 미끄러짐을 줄여 강도를 높이고 필름 전체에 전기가 흐르는 통로를 형성해 전자파 차폐 성능을 높인다. 표면의 맥신은 적외선 방출을 줄여 열화상 카메라 등 적외선 탐지 장비에 노출되는 정도를 낮춘다.

개발한 필름은 두께 17.5마이크로미터(μm)로, 머리카락 굵기의 약 5분의 1 수준이다. 통신·레이더 대역 전자파를 99.9999999% 이상 차단하는 약 90데시벨(dB)의 성능을 보였다. 인장강도는 1.02기가파스칼(GPa)로, 고온·다습한 환경과 반복적인 변형에서도 성능을 유지했다.

연구팀은 전투기·무인기·드론과 항공우주 전자장비뿐 아니라 5G·6G 통신기기, 웨어러블·폴더블 전자제품 등에 적용할 수 있을 것으로 보고 있다. 연속 공정으로 제작할 수 있어 대면적 생산으로 확장할 수 있다는 장점도 있다. 현재 관련 특허 출원과 후속 연구를 진행하고 있으며 탄소나노튜브 섬유 생산 기술은 2건의 기술이전이 진행 중이다.

연구책임자인 김태훈 박사는 “서로 다른 특성을 가진 나노소재를 벽돌과 시멘트처럼 결합해 장점은 살리고 단점을 보완했다”며 “방산·항공우주와 차세대 통신·웨어러블 기기의 전자파 문제를 해결하는 다기능 소재로 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구는 국가과학기술연구회(NST)의 융합연구단 사업(전자파솔루션융합연구단)과 한국연구재단의 국가전략기술소재개발사업 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 복합재료 분야 국제학술지 『Advanced Composites and Hybrid Materials』(영향력지수 15.5)에 8월 5일 온라인 게재됐다.