우리 학회 복합재료분과 위원장인 한국재료연구원(KIMS, 원장 이정환) 기능복합재료연구실 이상복 박사, 그리고 같은 기관의 박병진 박사 연구팀이 5G통신용 전자파를 반사하지 않고, 90% 이상 흡수하는 극박의 복합소재 필름을 세계 최초로 개발하는 데 성공했다. 본 기술은 5G통신의 높은 기가헤르츠(GHz) 주파수 사용 환경에서도 2차 간섭 문제 해결이 용이한 점에 의미가 있다.

 전자부품에서 발생하는 전자파 노이즈는 다른 전자부품에 간섭을 일으켜 성능 저하를 발생시키기 때문에, 차폐 소재를 이용해 이를 막게 된다. 기존 반사 차폐 소재는 금속, 탄소 등 고전도성의 소재로 전자파를 90% 이상 반사하는 방식으로 차폐해, 실제 흡수율은 채 10%에 이르지 못한다. 5G통신은 기존 3G/4G의 주파수보다 10배 이상 높은 약 26기가헤르츠(GHz) 이상의 주파수가 사용되는데, 통신 주파수의 상향에 따른 2차 간섭 문제로 전자파를 흡수 및 제거할 수 있는 흡수 차폐 소재를 요구한다.

본 연구팀은 5G통신 주파수에서 우수한 흡수성능을 보이는 자성소재와 고분자를 혼합한 복합소재 필름에 전도성 섬유를 그리드(Grid) 형태로 재봉해 흡수 차폐 소재를 제조했다. 이를 통해 반사율은 1% 이하면서도 흡수율이 90% 이상인 전자파 흡수 차폐 소재를 개발했다. 또한, 개발한 소재는 얇고 유연한 특징을 가져, 연구팀이 이를 10회 이상 구기거나 접었다 폈을 때 성능의 저하가 없음을 확인했다.

전자파 흡수 차폐 소재기술은 5G/6G통신이 활용되는 스마트폰, 기지국(스몰셀), 자율주행차 레이더, 저궤도 통신위성 안테나 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다. 특히 5G/6G 대역의 흡수 차폐 소재는 고차원의 물성 설계기술이 요구되는 신소재로, 이의 상용화에 성공한 회사는 세계적으로도 미국, 독일, 일본 등 2~3곳에 불과하다. 본 기술개발을 통해 국산화에 의한 향후 수입대체 효과는 물론, 해외로의 수출도 가능할 것으로 전망된다.

연구책임자인 이상복 책임연구원은 “이번 연구를 통해 개발된 소재는 전도성 그리드를 활용해 전자파의 반사 없이 전자파 대부분을 흡수하는 극박의 소재 개념을 새로이 제시한 것에 그 의미가 크다.”라며, “본 기술이 스마트폰과 같은 무선통신기기뿐만 아니라 자율주행차 레이더 등에 적용될 경우, 향후 자율주행의 신뢰성을 크게 높일 수 있을 것으로 기대된다.”라고 말했다.

본 연구성과는 과학기술정보통신부의 지원을 받아, 한국재료연구원 주요사업 ‘자성소재 기반 극고주파 흡수 의사메타물질 기술 개발 과제’와 국가핵심소재연구단(특화형) 사업 ‘밀리미터파 흡수/차폐/방열 특성맞춤형 복합소재 원천기술 개발 과제’를 통해 수행됐다. 또한, 이번 연구결과는 영국 왕립화학회에서 발행하는 재료과학 분야 저명학술지인 ‘재료화학저널 A(Journal of Materials Chemistry A)’에 지난 2월 28일 자로 게재됐다.

한편, 연구팀은 다수의 기업과 흡수 차폐 소재 양산화 기술에 대한 기술이전을 논의하고 있으며, 개발 소재의 자율주행차용 레이더 적용 방안에 관해 추가 연구를 진행 중이다.

 

■ 논문정보

*제목: Electromagnetic wave shielding flexible films with near-zero reflection in the 5G frequency band

*URL: https://doi.org/10.1039/D1TA10065C

 

-출처: 한국재료연구원 연구성과