40만 번 접어도 성능 유지···신개념 전자파 차단 필름 등장

홍성우 한국생산기술연구원 수석연구원이 새롭게 개발한 전자파 차단 필름을 들어 보고 있다. [사진=한국생산기술연구원]

[이뉴스투데이 전승민 기자] 한국생산기술연구원(생기원)과 한양대학교 공동 연구팀이 40만 번 이상 접어도 전자파 차폐 성능을 유지하는 초박형 필름을 개발했다. 값비싼 특수 첨가제 대신 시중에서 쉽게 구할 수 있는 일반 화학물질을 활용해 그래핀의 뭉침 문제를 해결한 것이 핵심이다.

생기원 녹색순환연구부문 홍성우 수석연구원과 한양대 화학공학과 고민재 교수 연구팀은 그래핀을 균일하게 분산시키는 기술을 적용해 높은 차폐 성능과 반복적인 접힘에 견디는 내구성을 갖춘 필름을 개발했다고 9일 밝혔다.

그래핀은 가벼우면서도 전기 전도성이 뛰어나 전자파 차폐 소재로 주목받고 있다. 디스플레이와 미래 모빌리티, 항공우주, 의료기기 등에서 전자파로 인한 오작동을 방지하는 데 활용할 수 있다. 다만 그래핀 입자끼리 서로 뭉치는 성질이 있어 필름이나 복합소재로 만들 때 성능이 떨어지는 문제가 있었다. 이를 해결하기 위해 기존에는 그래핀 표면을 화학적으로 처리하거나 고가의 특수 분산제를 사용했다. 화학 처리는 그래핀의 전기적 특성을 저하시키고, 특수 분산제는 제조 비용과 공정 복잡성을 높인다는 한계가 있었다.

연구팀은 분산제의 핵심 분자 구조를 분석해 일반 시판 물질인 트리에틸아민으로도 그래핀을 안정적으로 분산시킬 수 있음을 확인했다. 실제 트리에틸아민을 첨가한 그래핀 용액은 6개월이 지나도 뚜렷한 침전이 발생하지 않았으며, 완성된 필름에서도 그래핀이 균일하게 분포했다.

여기에 유연한 플라스틱 소재와 식물 유래 셀룰로오스 나노섬유, 탄소나노튜브를 결합했다. 플라스틱은 유연성을 높이고 셀룰로오스 나노섬유는 소재 사이의 결속력을 강화하며, 탄소나노튜브는 전기 전도성을 보완한다. 여러 소재가 그래핀 층을 서로 연결하는 구조를 형성해 반복적으로 접어도 균열이 발생하지 않도록 했다.

개발된 필름은 두께 약 0.1㎜에 불과하지만 전자파 에너지를 10만분의 1 수준으로 줄였다. 특히 반지름 3㎜로 접는 시험을 40만 회 반복한 뒤에도 전자파 차폐 성능의 99.4%, 전기 전도도의 97.9%를 유지했다. 외관에서도 뚜렷한 손상이 관찰되지 않았다. 고온·고습과 인공 땀, 급격한 온도 변화 등 가혹한 환경에서도 초기 성능의 92.5% 이상을 유지했다.

이번 기술은 시판 물질을 사용하고 기존 필름 및 코팅 제조공정을 활용할 수 있다는 점에서도 주목된다. 별도의 복잡한 설비나 공정 변경 없이 대면적 생산과 양산에 적용할 가능성이 있기 때문이다. 연구팀은 폴더블 디스플레이를 비롯해 높은 유연성과 전자파 차폐 성능을 동시에 요구하는 차세대 전자기기 분야에서 활용될 것으로 기대하고 있다.

이번 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 컴포지츠 앤 하이브리드 머티리얼스(Advanced Composites and Hybrid Materials)’에 게재됐다.

새롭게 개발된 전자파 차폐 필름의 내부 구조와 작동 원리 [사진=한국생산기술연구원]