갈수록 스마트폰, 스마트워치, 노트북 등과 같은 전자제품이 소형화 및 경량화 되고 더 나아가 유연성과 신축성을 갖는 고성능 제품들이 개발되고 있다.

이를 위해선 전자부품의 고집적화가 필요한데, 이에 따른 발열과 전자기파 등으로 제품 성능 및 내구성 하락이 야기된다.

따라서 고도의 전자기파 차폐 기능과 효과적인 열방출 기술에 대한 연구가 활발해 추진되고 있다.

최근엔 전자기파 차폐 고분자 재료로 열경화성 플라스틱 중 하나인 에폭시계 수지가 가장 널리 활용되지만 유연하지 못해 최근 개발되고 있는 웨어러블 디바이스나 신축성 센서 등에 적용하기에 적합하지 못하다.

이러한 기존의 한계를 극복하고 유연한 차세대 웨어러블 전자제품 개발에 필수적인 전자기파 차폐와 열전도, 신축성 등 3대 요소를 모두 겸비한 고분자 나노복합소재를 전북대학교 나창운 교수팀(공대 고분자나노공학과)이 개발해 세계 학계에서 큰 주목을 받고 있다.

나창운 교수는 석사과정 연구생인 신범수·이민규·김수현 대학원생과 포스닥인 수바딥 몬달(Subhadip Mondal) 박사 등과 함께 지난 2년 동안의 연구 끝에 세 가지 기능을 겸비한 고분자 나노복합소재를 개발에 성공했다.

나 교수팀은 기존 에폭시계 수지의 문제점 극복을 위해 보다 신축성이 좋은 폴리우레탄 탄성제를 적용했다.

다양한 구조의 카본나노튜브(CNT)를 Non-solvent Induced Phase Separation (NIPS) 기법을 활용, 균일한 분산성을 확보한 것이 핵심기술이라고 나 교수는 밝혔다.

특히 카본나노튜브의 길이나 종류에 따라 전자기파 차폐성능과 발열특성이 매우 특이한 거동을 보이는 것을 발견하고 이를 최적화할 수 있는 독자적 기술을 확보했다.

이번 연구를 통해 개발된 고분자 나노소재는 실험 결과 기존 에폭시계보다 140% 향상된 신축성을 보였고, 전자기파 차폐 성능은 기존 세계 최고 수준의 레벨보다 약 40% 향상됨을 확인했다고 밝혔다.

동시에 열방출 성능까지 탁월해 인공지능, 우주, 군용 산업분야에 사용되는 차세대 스마트 웨어러블 전자제품에 널리 적용될 수 있을 것으로 기대되고 있다.

한편, 이번 연구는 BK Plus 사업 (NRF) 및 소부장 사업(KEIT) 지원으로 이뤄졌으며, 관련 분야 저명 국제 학술지인 ‘Chemical Engineering Journal(IF: 10.652, SCI Journal Rank: 2.315)’에 ‘Flexible thermoplastic polyurethane-carbon nanotube composites for electromagnetic interference shielding and thermal management’란 제목의 논문으로 3월 온라인 판에 게재됐다.

이번 연구에 참여한 신범수 연구원 및 이민규 연구원은 현재 각각 국도화학 연구소 및 KCC에서 근무 중에 있다.

/정병창기자 woojuchang@