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심우영 교수 연구팀
심우영 교수 연구팀, 이차원 알루미늄을 이용한 전자기파 흡수체 개발 신소재공학과
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이차원 알루미늄을 이용한 전자기파 흡수체 개발
빛 반사되지 않는 나방 눈 모사, 전자기파 무반사 흡수체 구현 전략 제시
[사진: 심우영 교수, 김태훈 제1저자, 도형완 제1저자]
신소재공학과 심우영 교수 연구팀이 층상구조의 이차원 알루미늄을 제작하고 이를 이용한 전자기파 무반사 흡수체를 개발했다. 이는 소음을 막기 위해 스튜디오에 설치되는 흡음재와 비슷한 원리를 이용한 흡수체이다.
고성능 전자기기는 의도치 않게 주변기기에 전자기간섭(Electromagnetic Inteference)을 유발할 수 있는 만큼 금속처럼 전기전도도가 높은 차폐재를 이용해 전자기파를 차단한다. 다만 금속은 차폐율이 높은 만큼 반사율도 높아 전자기파 재방사가 일어날 수 있다는 아쉬움이 있었다. 이에 연구팀은 전자기파를 잘 흡수하는 알루미늄을 아주 얇은 박편으로 제작, 흡수율은 유지하면서 반사율은 낮춘 흡수체를 개발하고 그 원리를 규명했다.
연구팀은 리튬과 알루미늄으로 된 화합물을 이용해 이차원 알루미늄을 제작하고 이를 크기에 따라 정렬, 무수히 많은 계면을 가진 수 십 마이크로미터 두께 필름 형태의 무반사 흡수체를 설계했다. 흡수체 내 계면의 수가 증가할수록 반사율이 급격하게 감소함을 계산을 통해 규명한 데 따른 것이다. 마치 나방 눈(moth-eye)에 존재하는 돌기들이 굴절률 기울기를 갖는 다층구조로 거동하여 빛 반사를 차단하는 것과 유사한 원리를 이용했다.
(그림: 이차원 알루미늄 층상구조체를 이용한 전자기파 무반사 흡수체의 개략도)
흡수체를 구성하는 알루미늄 나노플레이크* 표면 사이 공간에서 다중내부반사가 일어나 전자기파를 효율적으로 흡수할 수 있었다. 실제 제안한 전자기파 흡수체의 흡수효율/반사효율 비율이 기존 경향성 대비 1,000배 이상 높게 나타났다. 기존 공진(resonance)형 흡수체의 한계인 복잡한 공정과 차단가능한 주파수 한계를 에칭기법으로 제작한 필름으로 극복한 것이다. 알루미늄 층상구조를 이용하는 비교적 간단한 공정으로 기가헤르츠* 대역을 포함하는 보다 넓은 영역에서 작동하는 흡수체를 제안한 것이다.
※알루미늄 나노플레이크 : nm(나노미터, 10-9 m) 수준의 두께의 알루미늄 박편
※기가헤르츠 대역 : 모바일폰, IoT, 레이다, 위성 등이 작동하는 주파수 대역
주로 반사차폐 용도로 쓰이던 금속소재를 가공하여 얇은 필름형태의 무반사 흡수체로 제안한 이번 연구결과가 기존 흡수체 시장에 새로운 화두를 던질 수 있을 것으로 기대된다.
과학기술정보통신부·한국연구재단이 추진하는 중견연구사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 나노과학 분야 국제학술지‘나노 레터스(Nano Letters)’에 1월 27일 게재되었다.
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