초록 ▼

■ 핵심기술
나노 카본 및 자성물질을 이용한 고분자 복합체의 전기적 자기적 특성을 이용한 전자파 차폐와 고강성 기술 실현

■ 최종목표
- 전자파차폐율 > 80dB
- 면저항 < 1 ohm/sq.
- 아이조드 충격강도 > 20 kgfcm/cm
- 굴곡탄성률 > 50 GPa

■ 개발내용 및 결과
□ 목표 달성도
나노카본과 자성체 및 금속의 하이브리드 원소재를 개발하여 고분자 복합체의 전자기적 특성을 향상시켰으며 탄소 섬유를 혼용하여 나노복합소재의 기계적 특성을 동시에 강화하

■ 핵심기술
나노 카본 및 자성물질을 이용한 고분자 복합체의 전기적 자기적 특성을 이용한 전자파 차폐와 고강성 기술 실현

■ 최종목표
- 전자파차폐율 > 80dB
- 면저항 < 1 ohm/sq.
- 아이조드 충격강도 > 20 kgfcm/cm
- 굴곡탄성률 > 50 GPa

■ 개발내용 및 결과
□ 목표 달성도
나노카본과 자성체 및 금속의 하이브리드 원소재를 개발하여 고분자 복합체의 전자기적 특성을 향상시켰으며 탄소 섬유를 혼용하여 나노복합소재의 기계적 특성을 동시에 강화하여 과제 종료 시점인 2단계 목표 기준치를 최종 달성하였다. 항목별 상세한 달성 수준을 보면 전자파 차폐율은 목표치인 60dB을 달성하였고 굴곡 탄성률 또한 목표치인 40 GPa를 초과하여 43 GPa을 달성하였다. 충격 강도의 경우 목표치인 15 Kgfcm/cm 대비 10 Kgfcm/cm 수준으로 목표치에 미달하였으나 이는 강성과 상충되는 물성 특성에 기인하며 최근 TV, 휴대폰 및 태블릿 내, 외장에 사용되는 고분자 복합 소재의 충격강도가 10 Kgfcm/cm 내외 수준인 경우도 많아 실제 제품 적용에는 문제가 없는 것으로 판단된다.

□ 개발 배경
전자책, 스마트폰, 평판 TV 및 디지털 카메라 같은 IT 기기들이 박형화 및 집직화가 되면서 부품 간 전자파 상호 간섭으로 인한 오작동 등을 유발할 위험성이 있어 “전자파 차폐”가 중요시 되었고 이에 따라 관련 부품에는 금속 소재가 적용되는 추세였다. 하지만 금속 소재의 경우 비중과 재료 가공에 드는 비용이 높으며 복잡한 성형물의 경우 가공이 난해하여 디자인 측면에서 미려한 외관의 제품을 개발하기 어렵다. 이를 극복하기 위해 경량성과 성형 가공성이 우수한 전자파 차폐 기능을 가지는 고분자 소재 개발이 요구되고 있다

□ 핵심 개발 기술의 의의
현재까지 2단계 종료시점에서 구현된 고분자 복합소재의 물성은 지금까지 고분자 재료로서는 달성하기 어려웠던 최고 수준의 전자파 차폐율 및 물성 강화가 가능함을 확인하였다. 또한 전자파 차폐 기작별로 전자파 흡수나 전자파 반사에 효과적인 원소재 별 제조 기술을 확보하였고 이를 복합화한 고분자 복합소재의 전자파 차폐 메카니즘에 대한 연구도 이루어져 신규 응용 분야에 선택적 적용이 가능할 것으로 판단된다. 향후 전자파 차폐 성능과 물성이 더욱 향상되고 IT 기기 제품 및 자동차의 박막화, 경량화 요구가 높아지면, 금속에 대비하여 물성의 열세로 인하여 기존 플라스틱 소재로 대체가 불가능했던 제품에도 적용 가능할 것이며 소재 대체 사업화에 따르는 경제적 파급 및 특히 최종 제품의 원가 절감이 가능한 경제적인 소재 개발에 기여할 것으로 기대된다.

□ 연구 내용 요약
원소재인 고분산성의 나노카본의 차페율 게선 효과 확인 및 나노 금속의 제조 공정에 따른 입경 제어 기술 확보, 금속-나노카본 하이브리드 소재와 같은 원소재 개발과 이를 적용한 복합체 특성 (차폐율, 물성)을 평가하였으며, 그 중 고분산성의 나노 카본와 탄소 섬유의 혼용 복합을 통해 60 dB의 高차폐율 특성을 달성하였다.

전자파 차폐를 위한 나노 복합소재용 신규 필러는 크게 하기와 같이 4방향으로 구분하여 개발을 진행하였다
1. 나노 카본과 금속-나노카본 hybrid 필러
2. 자성 입자 혼용 및 나노 카본 하이브리드화 필러
3. 금속 나노와이어와 나노카본 필러 혼용
4. 나노카본의 카본파이버의 혼용 및 유리 섬유 하이브리드 필러

이를 위해서 하기와 같은 기술을 설정하여 필러개발 및 이를 고분자 복합화기술을 동시에 개발하여 단계별 목표를 달성하였다.
- 나노카본-자성금속 하이브리드화 기술
- 나노카본-금속 및 금속산화물 계면제어 기술
- 고농도 나노카본 복합체 유변특성 제어기술
- 나노카본 선택적 화학구조 제어 및 3차원 복합화
- 고비표면적 나노카본 3차원 구조제어 기술
- 나노카본/나노다공성 복합화 기술
- 고전도성 나노카본 복합체 합성 기술
- 나노카본 복합소재 기계적 강도 향상 기술
- 하이브리드 나노카본-자성금속 복합소재 배향/물성 제어기술
- 나노카본, 전도성고분자, 금속산화물 나노복합화 기술
- 나노카본 복합체 정밀성형 기술
- 나노카본 분산성 향상 기술
- 나노카본/나노다공성 복합화 및 박막화 기술

구체적으로 하기와 같은 결과물을 산출할 수 있었다.
- CNT 직접 성장형 CF/GF 하이브리드 필러
- 전파 차폐용 전기전도도성 Cu@Ag Nanowirc 개발
- 나노 자성금속분말 양산화 기술
- Cu@Ag Nanowire/CNT 혼용한 고전도성 전자파 차폐용 페이스트 제조
- 그래핀/중공형 금속섬유를 이용한 전자파차폐용 복합체제조
- 저주파용 전자파 흡수체인 CNT-Fe₂O₃의 개선
- 전자기 물성 해석 프로그램 개발

2단계에서는 더욱 구체적으로 하기와 같은 나노 카본과 금속, 금속산화물 등을 함유하는 고분자 나노복합소재 개발에 주력하였다.
- 고주파 영역(〜1.5GHz) 전자파 차폐용 나노카본과 다종 금속 하이브리드화 연구
- CNT 직접 성장형 CF/GF 하이브리드 필러
- 고전기 전도성 전파 차폐용 Cu@Ag Nanowire Pilot 생산 공정 개발 (Kg급)
- 나노 자성금속분말 양산화 기술
- 저주파(100 ~ 150 kHz)용 고투자율 자성재료/나노카본 하이브리드 복합체 개발
- 그래핀/Cu 나노와이어 적용 전자파 차폐용 복합체제조 및 특성평가
- 전자파 차폐율 평가 기준 및 제품 신뢰성 평가 확보기술 개발
- 저주파 (100 ~ 150 kHz)용 전자파 흡수체인 CNT-Fe₂O₃의 개선
- 高투자율, 低자기이력 손실의 pcrmailoy 분말 및 연성 페라이트계 분말의 제조 및 특성 향상
- 나노카본/나노금속/고분자 복합체 제조 기술 개발 (Synergist)
· 고농도 CNT용 synergist 복합체 제조 공정 개발
· Polymer matrix와의 상용성 향상 기술 개발
· 금속 표면 처리된 CNT-synergist 분산체 개발

□ 사업화 아이템 개발
시장 동향에 대한 정기적인 분석과 더불어 수요 기업과의 정기 미팅을 통해 중기적인 관점에서 개발이 필요한 사용자 맞춤 아이템을 발글하고자 하였다.
전기 전자분야에서 전자파 차폐 효율 外 부품에 대한 spec을 구체화하여 보안카메라, 전기회로의 plastic shield can 사업화를 추진하였으며 삼성전자 무선 및 가전 사업부와의 협력을 통해 추가 아이템을 지속적으로 발굴 확대하고자 하였다.
자동차 분야에서는 환경 규제와 연계되어 차량 연비 향상을 위한 소제 경량화 요구가 있고 사용자 편의를 위한 IOT 기술 적용에 따라 전장 부품간 간섭으로 인한 통신 오류 발생 방지와 사용 주파수에 따라 차량 운행과 밀접한 전장 부품에 대한 전자파 간섭을 차폐할 수 있는 소재에 대한 VOC가 폭증할 것으로 예상되어 과제 수행 기간동안 Airbag Control Unit (ACU) 부품의 외장 하우징 소재로 선제적으로 개발 진행하였다.

□ 파급 효과
본 과제는 기업주도형으로 원천 기술 및 개발 방향은 이미 확립되어 있어 기존 기술의 성능 향상을 통한 상업화에 초점을 맞추었다. 활용분야로는 IT기기의 회로의 고집적도에 따른 차폐율 기능 요구가 있는 내 외장 부품 모듈에 적용될 수 있다고 판단되었으며 대표적인 예로, TV 하우징, 휴대폰 하우징, 노트북 외장, 디지털 카메라 내 외장, 및 기타 IT제품에 적용될 수 있을 것으로 예상되었다. 그러나 반도체칩의 경우 자체 차폐기능을 부여하도록 제품이 변화하였으며 더욱이 휴대폰의 경우 세계 주요 major업체들의 사업 전략적 판단에 의해 금속 소재를 채용하는 트렌드로 인하여 고분자 기반의 복합소재에 대한 수요가 줄어들고 있고, 금속 소재의 박막화 가공 기술의 발전과 set 업체의 전략적 소재 채택으로 금속 소재의 적용 범위가 확대되고 있어 고분자 복합 소재의 채용이 쉽지 않은 상황이다. 더욱이 IT 기기의 전자파 차폐용 목적으로 필름 및 도장 공법을 사용한 기술의 채용이 여전한 것도 고분자 복합소재 채용에 걸림돌이 되고 있다.
현시점에서 자율 안전 주행이나 사용자 편의성을 위한 전장 부품의 채용이 증가하고 있는 자동차 분야에서 전자파 간섭을 차폐하는 소재의 요구가 증가할 것으로 보여, 가격 및 장기 신뢰성을 확보할 수 있는 기술을 추가로 개발하면 자동차 업계의 환경 규약에 따른 연비 향상 목적의 차량 경량화 필요성과 맞물려 접근이 가능할 것으로 판단된다. 다만, 자동차용 소재는 안정성 확보에 민감하므로 승인기간이 길게 소요되고, 적용 절차가 복잡하다는 점을 사전에 고려할 필요가 있다.

(출처 : 2. 개발결과 요약 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 1. 기술개발개요 ... 3
• 2. 개발결과 요약 ... 3
• 3. 기술적 성과 ... 8
• 1장 기술적 달성도 ... 8
• 2장 롯데 첨단소재 기술적 성과 ... 11
• 3장 삼성전자 기술적 성과 ... 33
• 4장 현대자동차 기술적 성과 ... 48
• 5장 바이오니아 기술적 성과 ... 57
• 6장 나노기술 기술적 성과 ... 79
• 7장 파낙스이텍의 기술적 성과 ... 113
• 8장 한국과학기술원 (KAIST) 기술적 성과 ... 130
• 9장 한국탄소융합기술원 기술적 성과 ... 149
• 10장 기관별 실적 ... 168
• 4. 해당기술, 제품의 시장 현황 ... 179
• 1장. 전자파 차폐 소재 시장 ... 179
• 5. 제품 사진 (기술개발 제품 관련 사진, 그림 등) ... 182
• 1장. 기술개발 시제품 ... 182
• 6. 포기/중단/개발목표 미달 등의 원인 분석 ... 183
• 1장. 시장 환경 분석 ... 183
• 2장 결론 ... 185
• 7. 향후 계획 ... 186
• 끝페이지 ... 189