초록 ▼

□연구개요
전자파는 진동하는 전기장과 자기장의 교차이므로 전자기파의 차폐는 이들 둘과의 상호 작용 또는 그 둘 중의 하나와 상호작용을 일으켜야 한다. 사이먼의 방정식에 의하면, 5G와 같은 고주파 영역에서는 전자파 흡수가 매우 중요하게 된다. 기본적으로 전자파 흡수는 전기장과의 상호작용보다는 자기장과의 상호작용이 더 중요하다. 탄소 마이크로 코일은 탄소 나노파이버들이 이중 나선 구조를 갖는 물질로서 전자파 흡수에 매우 탁월한 특성을 가지고 있다. 즉, 입사되는 전자파들이 나선 구조에서 흡수되고 이로부터 전자파가 열로 바뀌는 에

□연구개요
전자파는 진동하는 전기장과 자기장의 교차이므로 전자기파의 차폐는 이들 둘과의 상호 작용 또는 그 둘 중의 하나와 상호작용을 일으켜야 한다. 사이먼의 방정식에 의하면, 5G와 같은 고주파 영역에서는 전자파 흡수가 매우 중요하게 된다. 기본적으로 전자파 흡수는 전기장과의 상호작용보다는 자기장과의 상호작용이 더 중요하다. 탄소 마이크로 코일은 탄소 나노파이버들이 이중 나선 구조를 갖는 물질로서 전자파 흡수에 매우 탁월한 특성을 가지고 있다. 즉, 입사되는 전자파들이 나선 구조에서 흡수되고 이로부터 전자파가 열로 바뀌는 에너지 변환이 일어나게 된다.
우수한 전자파 차폐 효율을 가지는 소재를 개발하기 위하여 우리는 탄소마이크로코일과 탄소기반 부직포 기반 소재의 전기적 특성을 향상시키므로 효과적인 전자파 차폐소재를 개발하고자 하였다. 이를 위하여 세계최초로 탄소마이크로 코일의 하이브리드 화를 실현시켰고, 또한, 수소플라즈마를 이용한 탄소 기반 부직포의 표면처리 기술을 개발하였다. 이들을 이용하여 최종적으로 매우 우수한 전자파 차폐 특성을 가지는 탄소마이크로코일 하이브리드 소재와 수소로 표면 처리된 탄소부직포를 개발할 수 있었다.
본 연구를 통하여 국제논문을 6편 투고 (5편 게재)하였으며, 4편의 특허를 출원 (2건 등록)하였다. 지역에 있는 중소기업과 출원된 특허기반의 기술이전을 1건 실시하였으며, 또 다른 지역 중소기업과 기술노하우 기반의 기술자문도 1건 실시하였다. 학문적으로는 하이브리드 화 된 탄소마이크로코일의 성장 메커니즘을 규명하는데 첫발을 내딛을 수 있었다.

□연구 목표대비 연구결과
◉ 1차 년도 (비선형 나노카본 구조의 하이브리드 화 연구) :
- 비선형 1차원 나노카본 구조들의 표면에 비선형 1차원 나노카본 구조들을 성장시키는 나노 카본 하이브리드 소재의 합성을 수행했으며, 특히, 합성반응 중 나노카본 기반소재가 특정한 방향으로의 배향 성을 가지게 하는 연구를 중점적으로 진행하였다. 이를 통하여 고도의 전기적 특성을 갖도록 하는 최적의 하이브리드 화 구조 체를 합성하였다.
◉ 2차 년도 (탄소코일 하이브리드 소재 자체 막 특성 연구, 탄소코일 성장 메커니즘 규명) :
-비선형 1차원 나노카본 소재인 탄소 나노/마이크로 코일 하이브리드 소재의 수율을 극대화시켜 탄소 코일 하이브리드 소재 기반 자체 막(free-standing film)을 달성하고, 이들의 전기적 특성, 전자파 특성 향상 분석 연구를 수행하였다. 또한, 초미세 자극에 따른 이들 소재들의 전자기적 특성 반응과 향상에 관한 연구를 수행하였다. 특히, 제조된 자체 막을 바탕으로 산업적으로 유용한 가치가 있고 고도의 전자기적 특성을 갖추어 실용화에 적용할 수 있는 전자파 차폐소재 개발의 기초 개념을 제시하였다.
◉ 3차 년도 (대면 적, 고전기전도성 나노카본 페이퍼 합성, 탄소코일 하이브리드 소재 성장 메커니즘 규명) :
- 비선형 1차원 나노카본 구조들의 하이브리드 화를 통하여 나노카본 상호간에 연결되어 있는 2차원으로 네트워크화 된 나노카본 소재 합성실험을 세계 최초로 수행하였으며, 2차원 네트워크 나노카본 소재 자체 막 만을 이용하여 주위의 초미세 자극에 따른 전자기적 특성 반응결과의 분석과 특성 향상에 관한 연구도 수행하였다. 또한, 탄소코일 표면위에 금속 촉매 입자로부터 생성될 것으로 예견되는 탄소코일 기반 하이브리드 소재의 성장 메커니즘도 예측하여 제시하였다. 1m² 이상의 대 면적이 가능하도록 하는 고 전기전도성 나노카본 페이퍼를 세계 최초로 제조하여 상업적으로도 응용 가능한 전도성 나노카본 페이퍼 제조의 기반기술을 제시하였다 (특허 출원/등록). 3차 년도에서는 연구의 원 계획에는 없었던 분야이나, 탄소 섬유 부직포(carbon nonwoven fiber)에 대한 전자파 차폐 효과 특성 측정과 특성 향상을 위한 연구도 함께 수행하였다. 탄소 섬유 부직포기반의 소재가 전자파 차폐효과를 크게 향상시킴을 알 수 있었고, 이를 바탕으로 지식재산권을 출원하였다.
◉ 4차 년도 (대면 적, 고전기전도성 나노카본 페이퍼의 전자파 차폐 효율 향상, 탄소코일의 직경 제어 메커니즘 규명) :
- 기존에 합성한 비선형 1차원 나노카본 소재인 탄소 나노/마이크로 코일의 직경을 제어 하여 고도의 전기적 특성을 갖도록 하는 최적의 하이브리드 화 구조 체를 합성하였다. 특히, 이 단계에서는 탄소 나노/마이크로 코일의 직경을 제어하여, 기존에 제조한 구조 체들뿐만 아니라 다양한 구조를 갖는 차폐 막의 전기적 특성을 제어 할 수 있어 특정 주파수에서 선택적으로 전자파를 차폐 할 수 있는 구조 체의 제작 가능성을 예측하여 제시하였다. 또한, 다양한 탄소 섬유 부직포의 전자파 차폐 효과 분석 및 차폐효율 향상을 위한 방안을 제시하였다.

□연구개발결과의 중요성
- 전술한 바와 같이 5G시대에는 고주파수를 갖는 무선통신이 요구된다. 따라서 전자파차폐소재 물질로서 전자파 흡수 특성을 갖는 소재가 반드시 요구된다. 이러한 관점에서 탄소코일 기반 나노카본 소재는 이에 부합하는 유일한 비금속 소재이다.
- 탄소코일 하이브리드 소재 기반 네트워크 화된 자체 막은 아직까지 보고된 적이 없는 매우 도전적인 연구과제이다. 따라서 탄소코일 및 탄소코일기반 하이브리드 소재와 관련된 신물질이 가져올 차세대 전자, 반도체 산업소재 분야, 차세대 신소재 분야 원천기술 확보 차원에서도 본 연구의 수행은 매우 중요하다고 사료된다.

(출처 : 요 약 문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1-1. 연구개발의 필요성 ... 4
• 1-2. 연구개발의 최종 목표 ... 8
• 1-3. 연구개발의 범위 ... 10
• 2. 연구수행내용 및 연구결과 ... 10
• 2-1. 1차 년도 연구 수행내용 및 결과 ... 10
• 2-2. 2차 년도 연구 수행내용 및 결과 ... 12
• 2-3. 3차 년도 연구 수행내용 및 결과 ... 14
• 2-4. 4차 년도 연구 수행내용 및 결과 ... 17
• 3. 연구개발결과의 중요성 ... 19
• 4. 참고문헌 ... 21
• 5. 연구성과 ... 23
• 끝페이지 ... 27