차세대 통신과 자율주행차, 방위산업 등에 혁신을 가져올 초고주파 전자파 차폐 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

권순용 울산과학기술원(UNIST) 교수와 최은미·변강일 교수팀이 이건도 서울대 교수팀과 함께 질소 치환 MAX 전구체 합성에 세계 최초로 성공했다고 29일 밝혔다. 이를 통해 얻은 맥신(MXene) 2차원 소재는 기존 대비 획기적으로 향상된 성능을 보였다.

맥신은 금속층과 탄소층이 번갈아 적층된 2차원 나노 소재다. 뛰어난 전기 전도성과 설계 자유도로 '꿈의 신소재'라 불리며 특히 초고주파 영역 전자파 차폐 분야에서 차세대 소재로 각광받고 있다. 기존 금속 차폐재의 무게와 부식 문제, 고주파 성능 저하 한계를 극복할 대안으로 주목받는 이유다.

지금까지 맥신 소재는 주로 탄소 기반으로 제작됐다. 탄소를 질소로 대체하면 물리 화학적 특성이 개선될 것으로 예상됐지만 공정의 복잡성 때문에 실현되지 못했다. 연구팀은 MAX 전구체에서 탄소 일부를 질소로 치환하는 새로운 티타늄 기반 합성 공정을 개발해 이 문제를 해결했다.

개발된 맥신 필름은 두께가 사람 머리카락(50~100㎛)의 1/10에 불과하지만 전기 전도도는 3만5000 S/㎝로 지금까지 보고된 맥신 중 최고 수치를 기록했다. 이는 우수한 차폐 성능을 의미한다.

새로운 공정의 핵심은 질소 치환 비율을 0%에서 100% 가까이까지 자유롭게 조절하면서도 전구체의 단일 결정구조를 유지한다는 점이다.

불순물 없는 고순도 MAX 전구체 생산이 가능해 질소 함량에 따른 맥신의 전자기적 특성을 정밀 조정할 수 있다. 응용 분야별로 전자파 차폐와 반사 성능을 최적화할 수 있다는 뜻이다.

권순용 교수는 "질소 치환 맥신이 차세대 전자파 차단 기술의 획기적 돌파구가 될 것"이라며 "모바일 기기부터 차량·항공기 전자 시스템, 차세대 통신 기지국까지 광범위한 전자파 간섭 저감 효과를 기대한다"고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 나노·소재 기술 개발 사업 지원으로 진행됐으며 성과는 재료과학 분야 권위지 'Advanced Materials' 4월 25일자에 게재됐다.