전자파 흡수 차폐 기술로 자율주행차 신뢰성 높인다
전자파 흡수 차폐 기술로 자율주행차 신뢰성 높인다
  • 이웃집과학자
  • 승인 2022.03.09 21:04
  • 조회수 4261
  • 댓글 1
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정부출연연구기관인 한국재료연구원(KIMS, 원장 이정환) 기능복합재료연구실 이상복, 박병진 박사 연구팀이 5G통신용 전자파를 반사하지 않고, 90% 이상 흡수하는 극박의 복합소재 필름을 세계 최초로 개발하는 데 성공했습니다. 본 기술은 5G통신의 높은 기가헤르츠(GHz) 주파수 사용 환경에서도 2차 간섭 문제 해결이 용이한 점에 의미가 있는데요.

한국재료연구원 연구팀이 개발한 5G 전자파 흡수차폐소재 필름. 출처 : 한국재료연구원
한국재료연구원 연구팀이 개발한 5G 전자파 흡수차폐소재 필름. 출처 : 한국재료연구원

전자부품에서 발생하는 전자파 노이즈는 다른 전자부품에 간섭을 일으켜 성능 저하를 발생시킵니다. 때문에, 차폐 소재를 이용해 이를 막습니다. 기존 반사 차폐 소재는 금속, 탄소 등 고전도성의 소재로 전자파를 90% 이상 반사하는 방식으로 차폐하는데, 실제 흡수율은 채 10%에 이르지 못합니다. 5G통신은 기존 3G/4G의 주파수보다 10배 이상 높은 약 26기가헤르츠(GHz) 이상의 주파수가 사용되어, 통신 주파수의 상향에 따른 2차 간섭 문제로 전자파를 흡수 및 제거할 수 있는 흡수 차폐 소재를 요구하게 됩니다.

 

연구팀은 5G통신 주파수에서 우수한 흡수성능을 보이는 자성소재와 고분자를 혼합한 복합소재 필름에 전도성 섬유를 그리드(Grid) 형태로 재봉해 흡수 차폐 소재를 제조했습니다. 이를 통해 반사율은 1% 이하면서도 흡수율이 90% 이상인 전자파 흡수 차폐 소재 개발에 성공했습니다. 또한, 개발한 소재는 얇고 유연한 특징을 가져, 연구팀이 이를 10회 이상 구기거나 접었다 폈을 때 성능의 저하가 없음을 확인했습니다.

개발한 5G 전자파 흡수차폐소재 필름을 접거나 구겼다 펴더라도 성능이 유지되는 것을 보여주는 사진과 성능 그래프. 출처 : 한국재료연구원
개발한 5G 전자파 흡수차폐소재 필름을 접거나 구겼다 펴더라도 성능이 유지되는 것을 보여주는 사진과 성능 그래프. 출처 : 한국재료연구원

전자파 흡수 차폐 소재기술은 5G/6G통신이 활용되는 스마트폰, 기지국(스몰셀), 자율주행차 레이더, 저궤도 통신위성 안테나 등 다양한 분야에서 활용될 수 있습니다. 특히 5G/6G 대역의 흡수 차폐 소재는 고차원의 물성 설계기술이 요구되는 신소재로, 이의 상용화에 성공한 회사는 세계적으로도 미국, 독일, 일본 등 2~3곳에 불과한데요. 본 기술개발을 통해 국산화에 의한 향후 수입대체 효과는 물론, 해외로의 수출도 가능할 것으로 전망됩니다.

기존 소재와의 성능 비교 (기존 소재는 흡수율을 높이려면 두께가 두꺼워져야 했으나(노란색 영역), 개발한 소재는 전도성 그리드와의 융합을 통해 얇은 두께로도 높은 흡수율 달성 성공). 출처 : 한국재료연구원
기존 소재와의 성능 비교 (기존 소재는 흡수율을 높이려면 두께가 두꺼워져야 했으나(노란색 영역), 개발한 소재는 전도성 그리드와의 융합을 통해 얇은 두께로도 높은 흡수율 달성 성공). 출처 : 한국재료연구원

연구책임자인 이상복 책임연구원은 “이번 연구를 통해 개발된 소재는 전도성 그리드를 활용해 전자파의 반사 없이 전자파 대부분을 흡수하는 극박의 소재 개념을 새로이 제시한 것에 그 의미가 크다.”라며, “본 기술이 스마트폰과 같은 무선통신기기뿐만 아니라 자율주행차 레이더 등에 적용될 경우, 향후 자율주행의 신뢰성을 크게 높일 수 있을 것으로 기대된다.”라고 말했습니다.

작동 개념도 (전자파가 입사하면 자성복합소재 필름 내 자성소재가 전자파를 일부 흡수하여 노이즈의 세기가 약해짐. 약해진 전자파가 그리드에 도달했을 때 그리드 간격을 전자파 파장과 일치하게 설계하면 그리드에서 반사 없이 추가 흡수가 발생하여 전자파의 반사율은 1% 이하로 하면서 대부분의 전자파 흡수). 출처 : 한국재료연구원
작동 개념도 (전자파가 입사하면 자성복합소재 필름 내 자성소재가 전자파를 일부 흡수하여 노이즈의 세기가 약해짐. 약해진 전자파가 그리드에 도달했을 때 그리드 간격을 전자파 파장과 일치하게 설계하면 그리드에서 반사 없이 추가 흡수가 발생하여 전자파의 반사율은 1% 이하로 하면서 대부분의 전자파 흡수). 출처 : 한국재료연구원

본 연구성과는 과학기술정보통신부의 지원을 받아, 한국재료연구원 주요사업 ‘자성소재 기반 극고주파 흡수 의사메타물질 기술 개발 과제’와 국가핵심소재연구단(특화형) 사업 ‘밀리미터파 흡수/차폐/방열 특성맞춤형 복합소재 원천기술 개발 과제’를 통해 수행됐습니다. 그리고, 영국 왕립화학회에서 발행하는 재료과학 분야 저명학술지인 ‘재료화학저널 A(Journal of Materials Chemistry A)’에 지난 2월 28일자로 게재됐습니다.

재료화학저널 A(Journal of Materials Chemistry A)에 게재된 논문 이미지
재료화학저널 A(Journal of Materials Chemistry A)에 게재된 논문 이미지

연구팀은 다수의 기업과 흡수 차폐 소재 양산화 기술에 대한 기술이전을 논의하고 있으며, 개발 소재의 자율주행차용 레이더 적용 방안에 관해 추가 연구를 진행 중입니다.


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tjswnd 2022-03-11 15:48:18
자율주행 기술이 좋아져 운전이 편리해 졌으면 좋겠네요

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