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그래핀의 놀라운 전자파 차폐 능력

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그래핀의 놀라운 전자파 차폐 능력
 
 
 
 
 
 
 
 
그림. 그래핀의 전자파 차폐의 효율성을 시험하기 위한 장치 개략도
 
휴대폰, 컴퓨터 등과 같은 민감한 전자소자는 전자파 장해(electromagnetic interference, EMI)로부터 막아줄 보호막을 필요로 한다. 이러한 차폐 재료는 일반적으로 금속으로 만들어진 전기 전도성을 띤 물질이어야만 한다. 그러나 이러한 금속 물질은 전자 제품의 경량화 및 소형화에 걸림돌이 되고 있다. 탄소 나노구조체를 기반으로 하는 나노복합체 물질을 이용한 차폐 소재 개발에 대한 연구결과가 이전에 발표된 적이 있다. 부식에 강하며 또한 유연성과 가벼운 무게 등으로 종래의 금속 소재를 능가한다는 평가를 받고 있다.

이번 새로운 연구에서 KAIST의 조병진 교수 연구팀은 단일막 그래핀이 고성능 EMI 차폐 소재로 뛰어난 특성을 보이고 있다는 것을 입증했다. 연구팀은 CVD 합성 그래핀이 종래의 금속성 소재인 박막의 EMI 차폐 효율성 보다 7배 정도 뛰어난 것을 확인했다.

저널 Nanotechnology 온라인 판에 게재된 이번 연구결과는 단일 원자 두께의 그래핀이 EMI 차폐 소재로 활용될 가능성이 소개되었다. 그래핀 차폐재는 기계적 유연성, 초박막, 투명성, 초경량 등의 우수한 특성을 가지고 있다.

연구팀은 모델링 기법을 통해 차폐의 주요한 메커니즘을 연구하였다. 모델링을 통한 이상적인 단일막 그래핀의 차폐능력은 충격파를 거의 97.8% 정도로 흡수하는 매우 우수하다는 것이 밝혀졌다. 연구팀의 실제 CVD 합성으로 만들어진 그래핀의 차폐능력은 거의 40% 정도에 이른다. 이러한 발견은 그래핀이 무게 비율로 계산했을 때 기존의 어떠한 차폐재보다 우수하다는 것을 보여주는 것이다.

연구팀은 그래핀의 차폐효과에 대한 실험 및 이론적인 계산을 병행 실시했다. 기존 연구에서는 그래핀 산화물을 환원하여 얻어진 그래핀 플레이크를 사용하였으나 이번 연구에서는 이와는 달리 단일 막 그래핀을 활용하였다.

그래핀의 막의 EMI 차폐 능력을 정밀하게 평가하기 위해서는 전체 차폐 막을 균일하게 덮을 수 있는 단일층 그래핀이 요구된다. 연구팀은 8.6cm × 4.3cm 면적의 그래핀 평판을 제조하는데 성공했다. 이러한 대 면적의 양질의 그래핀 막을 형성하는 그 자체가 매우 까다로운 공정이다. 또한 EMI를 정밀하게 측정하는 것 자체도 매우 어려운 과제이다. 연구팀은 이번에 진행된 실험에서 이 두 가지를 모두 성공적으로 수행했다.

그래핀의 EMI 차폐 메커니즘에 대한 이론적인 연구는 지금까지 진행된 적이 없었다. 연구팀은 이번에 그래핀의 효율성을 검증할 수 있는 이론적인 계산법을 만드는데 성공했으며, 또한 실험적으로 이를 검증할 수 있는 방법을 개발했다. 이번 연구결과는 향후 그래핀 차폐재의 상업적인 활용 가능성을 높여주는 우수한 연구결과로 평가 받고 다. 이 연구결과는 Nanotechnology에 "Electromagnetic interference shielding effectiveness of monolayer graphene"이라는 제목으로 게재됐다.

 
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