* 본 보도자료는 한국연구재단 주관으로 작성되었습니다. (바로 가기) 

□ 국내 연구진이 탄소 조성 제어로 꿈의 신소재 ‘맥신(MXene)*’을 정밀 제어해 초고주파 EMI(Electromagnetic Interference Shielding) 차폐**와 고속 에너지 저장 성능을 세계적 수준으로 끌어올려 주목을 받고 있다. 

* 맥신(MXene) : 금속과 탄소층이 교대로 쌓인 2차원 나노소재로, 전기전도성이 뛰어나고 다양한 화합물 설계가 가능해 배터리·반도체·센서 분야의 꿈의 신소재로 불림.

** 초고주파 EMI(Electromagnetic Interference Shielding) 차폐 : 차세대 6G 통신, 고해상도 차량용 레이다, 위성 통신 등에서 발생하는 고주파 영역의 전자파 간섭을 막아내는 핵심 기술.

□ 한국연구재단(이사장 홍원화)은 울산과학기술원 권순용·최은미 교수 연구팀이 MAX 전구체*의 탄소 조성을 정밀 제어해 맥신의 구조와 기능을 합성 단계에서 선택적으로 설계하는 데 성공했다고 밝혔다. 

* MAX 전구체 : 맥신을 만들기 위한 전 단계의 초기 원료 물질(화합물)

□ 이번 연구성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 나노․소재기술개발사업의 지원으로 수행됐으며, 재료과학 분야 세계적 권위지인 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’에 5월 18일 게재됐다. 

□ 6G 통신, 자율주행 레이더, 고집적 패키징 등 차세대 전자기기가 고주파 환경으로 빠르게 전환됨에 따라, 전자파 간섭으로 인한 오동작을 막아줄 초박막 차폐 기술의 필요성이 커지고 있다.

 ○ 그러나 기존 금속계 차폐재는 높은 차폐성에도 불구하고 무겁고 부식에 취약해, 유연·경량·초박막화를 동시에 요구하는 차세대 전자기기에는 제약이 있었다. 이러한 이유로 높은 전도도와 용액공정 적합성을 갖는 맥신 계열 소재가 대안으로 주목받고 있다.

□ 최근 맥신의 전기적·구조적 특성을 근본적으로 제어하기 위한 전구체 수준의 조성·구조 설계가 핵심 기술로 주목받고 있다. 연구팀은 맥스 전구체의 탄소 조성을 정밀 제어하는 방법으로 맥신의 구조와 기능을 선택적으로 구현하는 데 성공했다. 

 ○ 탄소가 풍부한 조건에서는 전기전도도가 우수한 평면 나노시트 구조가 형성되어, 100GHz 초고주파 대역에서 탁월한 전자파 차폐 성능과 뛰어난 굽힘 내구성을 나타냈다. 

 ○ 반대로 탄소가 부족한 조건에서는 나노 스크롤 구조가 자발적으로 형성되어 이온 이동 통로가 확장되었으며, 이를 통해 고용량과 압도적인 수명 특성을 가진 고속 에너지 저장 성능을 확보했다. 

 ○ 연구팀은 이번 연구 성과를 통해 전구체 조성 조절만으로 차폐용 평면 시트와 에너지 저장용 스크롤 구조를 하나의 플랫폼에서 맞춤형으로 설계할 수 있음을 입증했다. 

□ 박재은(제1저자) 연구원은 “평면 시트는 전자파 차폐에, 나노스크롤은 에너지 저장에 유리하다는 점을 실험적으로 입증해 하나의 소재 플랫폼에서 응용 방향을 나눠 설계할 수 있게 됐다”고 밝혔다.

 ○ 그리고 권순용 교수는 "지난해에는 질소 치환으로 맥신의 전도도와 광대역 차폐 성능을 끌어올렸다면, 이번에는 전구체 조성만으로 맥신 구조 자체를 설계하는 단계로 나아갔다”며, “초박막이면서도 100GHz 대역에서 높은 차폐 성능과 굽힘 내구성을 함께 보여, 차세대 6G·레이다 환경에 필요한 유연 차폐 소재 가능성을 확인했다”고 밝혔다.