[위즈뉴스] 소음을 막기 위해 스튜디오에 설치되는 흡음재와 비슷한 원리를 이용한 전자기파 흡수체가 소개됐다.
한국연구재단(이사장 노정혜)은 1일, 연세대 신소재공학과 심우영 교수 연구팀이 층상구조의 이차원 알루미늄을 제작하고 이를 이용한 전자기파 무반사 흡수체를 개발했다고 밝혔다.
이번에 구현된 전자기파 무반사 흡수체는 다양한 종류의 전자기파 간섭을 발생시키는 전자기기에 적용될 수 있을 것으로 기대되며, 무반사 흡수체 시장의 점유율을 확보할 수 있을 것으로 예상된다.
이번 연구 성과를 담은 논문은 나노과학 분야의 SCI급 저명 국제학술지 ‘나노 레터스(Nano Letters, IF=11.238)’ 1월 27일자에 게재됐다.
논문명은 'Layered Aluminum for electromagnetic wave absorber with near-zero reflection'이며, 연세대 도형완 박사과정생과 김태훈 학부생이 공동제1저자로, 연세대 심우영 교수가 교신저자로 참여했다.
연구팀의 심우영 교수는 "기존의 전자기파 무반사 흡수체는 공진형(resonance) 구조를 이용하는 경우가 대부분이었는데, 이러한 형태의 흡수체는 공정이 복잡하며, 특정 주파수 선택성을 가지는 단점이 있었다"면서 "이번 성과의 설계 전략을 이용하면 간단한 공정을 통해 넓은 범위에서 작동하는 전자기파 무반사 흡수체를 구현할 수 있다"고 말했다.
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.
이에따라 연구팀은 전자기파를 잘 흡수하는 알루미늄을 아주 얇은 박편으로 제작해, 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.
그림 설명) 이차원 알루미늄 층상구조체를 이용한 전자기파 무반사 흡수체의 개략도 : 설계된 무반사 흡수체 표면에 전자기파가 입사되는 경우, 다중내부반사 메커니즘에 의해 대부분의 에너지는 흡수되어 소멸된다.
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.
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. 기가헤르츠 대역은 모바일폰, IoT, 레이다, 위성 등이 작동하는 주파수 대역을 말한다.
연구팀은 "주로 반사차폐 용도로 쓰이던 금속소재를 가공하여 얇은 필름형태의 무반사 흡수체로 제안한 이번 연구결과가 기존 흡수체 시장에 새로운 화두를 던질 수 있을 것으로 기대된다"고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단이 추진하는 중견연구사업의 지원으로 수행됐다.
