소음을 막기 위해 스튜디오에 설치되는 흡음재와 비슷한 원리를 이용한 전자기파 흡수체가 등장했습니다. 연세대학교 신소재공학과 심우영 교수 연구팀이 층상구조의 이차원 알루미늄을 제작하고 이를 이용한 전자기파 무반사 흡수체를 개발했다고 하는데요. 해당 연구는 'Nano Letters'에 게재됐습니다.
빛 반사 낮추고 전자기파 흡수하는 '흡수체'
고성능 전자기기는 의도치 않게 주변기기에 전자기간섭(Electromagnetic Inteference)을 유발할 수 있는 만큼 금속처럼 전기전도도가 높은 차폐재를 이용해 전자기파를 차단합니다. 다만 금속은 차폐율이 높은 만큼 반사율도 높아 전자기파 재방사가 일어날 수 있다는 아쉬움이 있었습니다. 이에 연구팀은 전자기파를 잘 흡수하는 알루미늄을 아주 얇은 박편으로 제작해 흡수율은 유지하면서 반사율은 낮춘 흡수체를 개발하고 그 원리를 규명했습니다.
연구팀은 리튬과 알루미늄으로 된 화합물을 이용해 이차원 알루미늄을 제작했습니다. 이를 크기에 따라 정렬, 무수히 많은 계면을 가진 수 십 마이크로미터 두께 필름 형태의 무반사 흡수체를 설계했습니다. 흡수체 내 계면의 수가 증가할수록 반사율이 급격하게 감소함을 계산을 통해 규명한 데 따른 겁니다.
마치 나방 눈(moth-eye)에 존재하는 돌기들이 굴절률 기울기를 갖는 다층구조로 거동해 빛 반사를 차단하는 것과 유사한 원리를 이용했습니다.
흡수체를 구성하는 알루미늄 나노플레이크 표면 사이 공간에서 다중내부반사가 일어나 전자기파를 효율적으로 흡수할 수 있었습니다. 참고로 알루미늄 나노플레이크란 nm(나노미터, 10-9 m) 수준의 두께의 알루미늄 박편입니다.
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 겁니다.
알루미늄 층상구조를 이용하는 비교적 간단한 공정으로 기가헤르츠 대역을 포함하는 보다 넓은 영역에서 작동하는 흡수체를 제안한 겁니다. 참고로 기가헤르츠 대역은 모바일폰, IoT, 레이다, 위성 등이 작동하는 주파수 대역을 말합니다.
주로 반사차폐 용도로 쓰이던 금속소재를 가공하여 얇은 필름형태의 무반사 흡수체로 제안한 이번 연구 결과가 기존 흡수체 시장에 새로운 화두를 던질 수 있을 것으로 기대됩니다.
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