한국재료연구원(원장 이정환)의 분말재료연구본부 자성재료연구실 백연경, 이정구 박사 연구팀이 네오디뮴(Nd) 자석과 동등한 수준의 고 보자력으로 밀리미터파 흡수능을 가진 입실론 산화철을 연속 제조하는 기술을 세계 최초로 개발하는 데 성공했다.
6G 대역에 해당하는 초고주파를 흡수하는 자성소재는 고 보자력을 나타내는 입실론 결정상을 가진 산화철 소재가 거의 유일하다. 하지만 현재까지 이는 50나노미터 이하의 나노 크기 입자 형태로만 발현될 수 있었다. 일본은 습식공정을 통해순수 입실론 산화철을 제조했지만, 저수율 다단계 공정의 한계로 상용화는 어려운 상황이다.
이번 연구팀은 에어로졸 공정을 통해 저수율 제조 문제를 해결했다. 연구팀은 철과 규소 전구체 용액을 핫 챔버에 분무 건조 및 열처리하는 과정을 통해, 입실론 산화철 나노입자가 실리카 입자에 매립된 복합 분말을 제작하는 데 성공했다. 원료 용액을 연속 주입하고 분무 용액을 순간적으로 건조하면, 철 원료가 제로겔 입자에 갇혀 열처리 시 입자의 성장이 제한된다. 이는 마이크로미터 크기 규모의 분말 제조공정을 활용해 입실론 산화철 나노입자의 연속 제조를 가능케 한 것으로, 밀리미터파 흡수 소재의 상용화 가능성을 보여줬다는 데 큰 의미가 있다.
기존 전자파 흡수 소재가 고주파 대역에서 흡수능이 감소하거나 주파수 대역의 제어가 어려운 한계를 가지는 데 비해, 극고주파(30~200GHz) 대역에서 흡수능을 가진 입실론 산화철은 미래 통신부품 소재로의 가능성이 높다. 밀리미터파 흡수능을 가진 입실론 산화철 연속 제조기술은 밀리미터파를 기반으로 하는 5G/6G 무선통신 및 저궤도 위성통신 부품, 스텔스, 레이더 센서 등에 사용이 가능하며, 고 보자력 자성 소재인 만큼, 미래 모빌리티의 전장부품 분야에도 활용할 수 있다.
밀리미터파 흡수가 가능한 자성 소재 기술을 양산해 제품에 적용하고 있는 회사는 현재 없으며, 5G 대역 흡수 차폐 소재는 미국, 일본, 독일 등 2~3곳에 불과하다. 본 기술개발을 통해 추후 국산화에 의한 수입 대체 효과는 물론, 해외로의 수출도 가능할 것으로 전망된다.
연구책임자인 재료연 백연경 책임연구원은 “이번 연구를 통해 개발된 입실론 산화철은 광대역(30~200GHz)의 초고주파를 선택적으로 흡수할 수 있으며, 특히 상용화가 가능한 연속 제조공정을 세계 최초로 개발한 것에 의미를 둘 수 있다”며 “본 기술이 향후 밀리미터파를 사용하는 무선통신기기, 자율주행차 레이더 및 우주위성 통신용 흡수체 기술의 상용화를 앞당길 수 있게 될 것으로 기대한다”고 말했다.
이은수기자 eunsu@gnnews.co.kr
한국재료연구원이 개발한 밀리미터파 흡수 입실론 산화철 연속 제조 기술 내용. 사진=재료연한국재료연구원이 개발한 밀리미터파 흡수 입실론 산화철 연속 제조 기술 내용. 사진=재료연
