값싼 물질로 그래핀 뭉침 해결…40만번 접어도 전자파 차폐 성능 유지

생기원·한양대, 특수 분산제 대신 트리에틸아민 활용

0.1㎜ 두께로 전자파 에너지 10만분의 1 수준까지 차단

[대전=뉴시스] 한국생산기술연구원(생기원) 홍성우 박사팀이 한양대 연구진과 함께 40만번 이상 접어도 전자파 차폐 성능을 안정적으로 유지할 수 있는 그래핀 필름을 개발했다. 생기원 홍성우 수석연구원이 개발된 필름을 들고 있다.(사진=생기원 제공) *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내연구진이 고가의 특수 첨가제 없이 시중의 값싼 물질로 그래핀의 뭉침 현상을 해결하고 40만회 이상 접어도 전자파 차폐 성능을 유지하는 유연 필름을 개발했다.

한국생산기술연구원(생기원)은 녹색순환연구부문 홍성우 수석연구원 연구팀이 한양대 화학공학과 고민재 교수팀과 공동으로 그래핀을 균일하게 분산시킨 고내구성 전자파 차폐 필름을 개발했다고 9일 밝혔다.

그래핀은 금속보다 가볍고 전기전도성이 뛰어나 전자파 차폐 소재로 주목받고 있다. 디스플레이와 미래 모빌리티, 항공·우주, 고성능 의료기기 등에서 활용 가능성이 크지만 그래핀끼리 서로 뭉치는 특성 때문에 실제 제품에 적용하는 데 어려움이 있었다.

문제해결을 위해 기존에는 그래핀 표면을 화학적으로 처리하거나 특수 분산제를 넣어 뭉침을 막으나 화학처리는 그래핀 고유의 전기적 특성을 떨어뜨릴 수 있고 특수 분산제는 가격이 비싸고 합성과정도 복잡하다는 한계가 있다.

이번에 연구팀은 그래핀을 고르게 퍼뜨리는 분산제의 핵심 분자구조를 분석해 시판되는 일반 물질로도 뭉침 현상을 억제할 수 있다는 사실을 확인했다.

연구팀에 따르면 대표적으로 트리에틸아민을 첨가한 그래핀 용액은 6개월이 지난 뒤에도 눈에 띄는 침전이 발생하지 않는다. 또 완성된 필름에서도 그래핀이 균일하게 분포된다.

이를 바탕으로 연구팀은 유연한 플라스틱 소재와 식물 유래 셀룰로오스 나노섬유, 탄소나노튜브를 물 기반 공정으로 결합해 전자파 차폐 필름을 제작했다.

플라스틱은 유연성을, 셀룰로오스 나노섬유는 소재 간 결속력을 높이고 탄소나노튜브는 전기전도성을 보완하도록 설계했다. 그래핀 사이를 다른 소재들이 연결하는 구조를 형성해 반복적으로 접어도 균열이 발생하지 않도록 했다.

개발된 필름은 두께 약 0.1㎜만으로 전자파 에너지를 10만분의 1 수준으로 줄였다. 반지름 3㎜로 둥글게 접는 시험을 40만회 반복한 뒤에도 전자파 차폐 성능은 초기의 99.4%, 전기전도도는 97.9%를 유지했으며 외형상 손상도 나타나지 않았다.

고온·고습과 인공 땀, 급격한 온도 변화 등 실사용 환경을 가정한 시험에서도 초기 성능의 92.5% 이상을 유지했다.

특히 시판 물질을 사용하고 기존 필름·코팅 생산공정을 활용할 수 있어 별도의 복잡한 공정 변경 없이 대면적·대량생산에 적용이 가능하다.

폴더블 디스플레이를 비롯해 높은 유연성과 전자파 차폐 성능이 필요한 차세대 전자기기 분야에 활용될 것으로 기대되는 이번 연구 결과는 국제학술지 'Advanced Composites and Hybrid Materials'에 최근 게재됐다.

홍성우 수석연구원은 "그래핀의 전기적 특성을 유지하면서도 뭉침을 막을 수 있는 경제적인 방법을 확보했다"며 "기존 생산공정과 시판 물질을 활용할 수 있어 유연 전자소재의 제조 부담을 낮추고 다양한 전자기기용 차폐 소재로 적용 범위를 넓힐 수 있을 것"이라고 말했다.


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