재료연구원, 0.5mm 두께로 6G·위성통신 전자파 노이즈 싹 지운다

- 종이보다 가벼운 그래디언트 전자기소재 구현 성공

그래디언트 전자기소재 구현 개념도. (자료제공: 한국연구재단)

기존 소재와의 성능 비교. (자료제공: 한국연구재단)

실제 차량용 레이더 적용 시연. (자료제공: 한국연구재단)

국내 연구진이 단 하나의 얇고 가벼운 소재로 차세대 통신 대역 전체의 전자파를 완벽히 흡수할 수 있는 기술을 확보했다.

한국연구재단(이사장 홍원화)은 한국재료연구원 이호림·박병진 박사 연구팀이 0.5mm의 극도로 얇은 두께로도 35~330GHz에 이르는 초광대역 밀리미터파 전자파를 모두 흡수하는 그래디언트(Gradient) 전자기소재를 개발했다고 6월 26일 밝혔다.

그래디언트(Gradient)는 수학, 과학, 디자인 등 여러 분야에서 사용되는 용어로, 핵심 의미는 어느 한 방향으로 나아가면서 크기나 농도가 점진적으로 변하는 기울기나 구배(경사도)를 뜻한다. 

차세대 통신과 자율주행 레이더 등 기술의 발전으로 대용량 데이터를 빠르게 전송하기 위해 30~300GHz의 초고주파인 밀리미터파 대역 활용이 급증하고 있다. 

미래 기술이 발전할수록 고주파 전파 간의 간섭으로 발생하는 전자파 노이즈 문제가 심각해지고 있지만, 기존 흡수재들은 특정 주파수만 막을 수 있거나 흡수대역을 넓히면 두께가 너무 두꺼워지는 한계가 있어 이를 해결할 얇고 강력한 방어막이 꼭 필요한 실정이다. 

연구팀은 전자파를 튕겨내지 않고 자연스럽게 흡수하기 위해 전도도가 위에서 아래로 갈수록 점차 높아지는 수십 개의 나노섬유층을 겹겹이 쌓아 올렸다. 

공기와 맞닿는 윗부분은 전도도를 낮추어 전자파가 반사되지 않고 내부로 쏙 들어오게 만들고, 안으로 들어갈수록 전도도가 높아지는 다공성 나노섬유 구조를 설계해 전파 에너지가 진행하면서 점차 약해져 완전히 사라지도록 유도했다. 

연구팀은 이 구조를 이론적으로 완벽하게 계산해 낸 뒤 0.5mm 두께와 0.23g/㎤의 밀도의 실물 소재 구현에 성공했다. 또한, 실험실을 넘어 실제 60GHz 자율주행 레이더 모듈의 노이즈를 깨끗하게 제거하는 시연까지 완료했다.

박병진 책임연구원은 “6G 위성통신과 자율주행 레이더 기술이 고도화될수록 기존의 좁은 대역만 막는 소재로는 기기 오작동을 막는 데 한계가 있다”라며 “이번에 개발한 초광대역 흡수소재는 종잇장처럼 얇으면서도 초고주파 전 대역을 방어할 수 있어 차세대 모빌리티와 고주파 센서, 전자장비의 안전성을 높이는 핵심 소재가 될 것”이라고 말했다.

연구팀은 향후 우주환경에서의 적용성을 고려하여 소재에 열, 방사선, 진공 등 우주환경과 관련된 내성을 부여하고, 그래디언트 소재 구성을 AI로 최적화하여 성능을 극대화시키는 연구로 확장한다는 계획이다. 

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 나노·소재기술개발사업 및 한국재료연구원 기본사업의 지원으로 수행된 이번 연구성과는 복합소재 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 컴퍼지트 앤 하이브리드 머티리얼즈(Advanced Composites and Hybrid Materials)’에 5월 19일 온라인 게재됐다.

[Ceramic Korea (세라믹뉴스)=이광호 ]