재료硏, 금속-유기 골격체 기반 전자파 흡수 소재 기술 개발

MOF 기반 전자파 흡수 소재 개요 모식도. (자료제공: KIMS)

한국재료연구원(KIMS, 원장 이정환)은 복합재료연구본부 기능복합재료연구실 이희정 박사 연구팀이 금속-유기 골격체(Metal-Organic Framework, MOF)를 활용해 기가헤르츠(GHz) 고주파 대역에서 유전 손실과 자성 손실을 극대화하는 MOF를 개발하고, 이를 복합화해 고성능/광대역 흡수 소재를 최종 개발하는 데 성공했다고 지난달 1일 밝혔다.
기존 연구는 단순히 높은 전도성과 유전성을 가진 소재를 활용해 전자파 흡수 소재를 개발하는 것에 국한되어 왔다. 하지만, 이러한 소재는 복합화 과정에서 불균일한 혼합으로 적정한 복합 유전율과 투자율을 달성하기 어렵고, 이로 인해 두께가 두꺼워지고 협대역 흡수성능의 한계를 가진다는 단점이 있었다. 연구팀이 개발한 전자파 흡수 소재는 기존 대비 흡수성능을 높였을 뿐 아니라, 낮은 두께에서 높은 반사 손실과 넓은 흡수 대역을 가졌다. 특히 MOF를 통해 다양한 유전/자성 손실을 지닌 전자파 흡수 소재를 용이하게 제작하는 게 가능해, 기존 소재의 문제점을 개선하고 새로운 방향을 제시했다는데 큰 의미가 있다.
연구팀은 전자파 흡수성능을 극대화하기 위해 소재의 조성을 최적화하고 습식방식을 통해 MOF를 합성했다. 최적의 열처리 과정으로 MOF를 제조한 후, 폴리우레탄 소재와 혼합하여 전자파 흡수 소재를 제작했다. 개발한 전자파 흡수 소재는 주파수 10기가헤르츠(GHz), 두께 1.9㎜에서 –52.29데시벨(dB)(99.999% 흡수)의 높은 전자파 흡수성능을 나타냈으며, 특히 더 얇은 두께인 0.9㎜에서는 7.23 기가헤르츠(GHz)에 이르는 광대역의 흡수성능을 나타냈다. 이는 타 국가에서 개발한 전자파 흡수 소재 대비 높은 성능 향상을 나타낸 결과이다.
MOF 기반 전자파 흡수 소재 기술은 국가 안보 기술인 스텔스 기술뿐만 아니라, 첨단의 전기전자/자율주행/통신 등 전 산업 분야에서 활용할 수 있다. 특히 전자파를 사용하는 전 산업 분야는 전자파 장해 및 2차 간섭으로 인한 오작동 등을 겪어, 본 기술이 이를 방지할 수 있는 특장점을 가진다는 점에서 차세대 IT분야에 필수적인 기술로 활용할 수 있다. 또한 국방력 증강 및 방산 산업에 큰 파급효과는 물론, 민간기업 활성화에 대한 기여도 기대되는 부분이다.
연구책임자인 재료연 이희정 선임연구원은 “MOF 소재를 전자파 흡수 소재에 적용해 스텔스, 전기전자, 자율주행, 통신 등 전 산업 분야에 활용할 수 있게끔 하고, 이의 양산화로 환경, 바이오 분야로 확장하는 걸 목표로 하고 있다”며 “독자적인 원천기술 개발로 국산화에 의한 수입 금지 기술 보유는 물론, 향후 해외로의 수출도 가능할 것으로 생각한다”고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원으로 한국재료연구원 기본사업을 통해 수행됐다. 연구결과는 세계적인 학술지인 ‘Advanced Composites and Hybrid Materials’에 2월 5일자로 게재됐다.
한편, 연구팀은 MOF를 활용한 전자파 흡수기술을 심화 발전시켜 더 높은 초고주파수 대역 대응 전자파 기술을 개발하고 있다. 또한, 특성재단형 MOF 소재를 활용해 전자파 흡수, 차폐, 방열 등 고부가가치 산업 상용화를 위한 연구를 활발하게 진행 중이다.