전자파·방사선 동시에 99.999% 차단…우주 극한환경서 성능 구현

KIST, 머리카락보다 얇은 벌집구조 ‘차폐소재’ 개발
탄소나노튜브와 질화붕소나노튜브 결합...신축성 확보

전자파와 방사선을 동시에 막으면서 신축성이 뛰어난 혁신적 차폐 소재 기술이 개발됐다. 하나의 소재로 전자파와 방사선을 차단할 수 있어 인공위성과 우주정거장, 원자력 시설, 암 치료장비 등에 활용될 것으로 기대된다.

한국과학기술연구원(KIST)은 주용호 박사 연구팀이 머리카락 보다 얇은 초박막 필름으로 전자파와 중성자를 동시에 차단하면서 3D 프린팅으로 제작할 수 있는 '복합 차폐 소재'를 개발했다고 19일 밝혔다.

인공위성과 원자력발전소, 반도체 장비 등은 전자파와 방사선에 그대로 노출되기 때문에 이를 보호하기 위한 차폐 소재가 필수적이다.

실제 우주 방사선에 의한 반도체 오작동은 위성 고장의 주요 원인 중 하나로 꼽히고 있다. 또 원자력발전소 내부에서는 작업자와 장비를 중성자로부터 보호해야 하고, 암 환자의 경우 암 치료 장비에 나오는 전자파와 방사선 노출을 최소화해야 한다. 하지만 전자파와 중성자는 특성이 달라 각각 다른 소재로 차단해야 했고, 이로 인해 무게 증가와 구조 복합성 문제가 발생해 왔다.

연구팀은 탄소나노튜브(CNT)와 질화붕소나노튜브(BNNT)가 모두 가느다란 관 형태라는 점에 착안해 물에 고르게 분산시킨 뒤 얇은 막으로 만들었다.

이 과정에서 지름이 작은 탄소나노튜브가 지름이 큰 질화붕소나노튜브 표면을 자연스럽게 감싸면서 마치 실이 막대를 감듯 껍질 구조가 형성됐다.

연구팀은 껍질 구조를 분석한 결과, 탄소나노튜브는 전자파를 흡수하고 반사하고, 질화붕소나노튜브는 중성자를 포획하는 역할을 통해 99.999%의 전자파 차단 효과와 중성자의 72%를 줄이는 것을 확인했다.

특히 이 소재는 원래 길이보다 2배 이상 늘어나도 성능이 유지되는 뛰어난 신축성을 가지며, 3D 프린터로 벌집 구조 등 다양한 형태로 제작할 수 있다.벌집 구조의 경우 동일 두께 평면 소재보다 차폐 성능이 최대 15%까지 향상됐고, 영하 196도의 극저온부터 250도 고온까지 견디는 내구성까지 확보했다. 우주와 같은 극한 환경에서 안정적으로 활용할 수 있음을 보여준 것이다.

주용호 KIST 박사는 "이번 소재는 테이프처럼 얇고 고무처럼 유연하면서도 전자파와 방사선을 동시에 차단하는 혁신적 개념의 차폐 기술"이라며 "앞으로 우주, 에너지, 의료 산업 등 다양한 분야에서 활용될 것"이라고 말했다.

연구결과는 국제 학술지 '어드밴스드 머터리얼즈' 지난 3월 4일자에 실렸다.

이준기 기자 bongchu@dt.co.kr

전자파와 중성자를 동시에 차단하는 초경량 복합 차폐 소재. KIST 제공.

극한 환경에서의 유연성과 이중 방사선 차폐 성능 모습. KIST 제공.