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[알아봅시다] 보이지 않는 위협 전자파 막는 차폐 소재

기기 오작동 등 사고 발생 … 금속보다 우수한 신소재 개발 활발
정밀 부품 많을수록 민감 … 자율주행차 등 전기·전자산업에 치명적
고분자 복합재료 활용 소재 연구 … 경량화 실현·생산가격 절감 노력 

박정일 기자 comja77@dt.co.kr | 입력: 2018-06-27 18:00
[2018년 06월 28일자 18면 기사]

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[알아봅시다] 보이지 않는 위협 전자파 막는 차폐 소재


[알아봅시다] 보이지 않는 위협 전자파 막는 차폐 소재


현대인들은 온종일 전자파 속에서 살고 있습니다. 스마트폰은 물론 지하철과 버스에서 쓰는 교통카드, 고속도로 하이패스, 자동차의 스마트키, 컴퓨터 등 다양한 전자기기가 주변에 있기 때문입니다.

첨단 전자기기로 우리의 삶은 더 편해졌지만, 대신 보이지 않는 전자파의 위험은 우리를 늘 긴장하게 합니다. 전자파는 사람뿐 아니라 기기의 오작동 등으로도 이어질 수 있어 안전사고가 발생할 수도 있습니다. 이 때문에 우리는 전자파의 간섭을 막기 위해 여러 기술개발을 하고 있습니다.

물론 이러한 전자파를 비단 현대 문명의 이기로만 볼 수 없습니다. 인류가 존재하지 않던 과거에서부터 현재까지 전자파는 지구상에 항상 존재해 왔기 때문입니다. 예를 들어 태양에서 지구로 불어오는 태양풍, 그리고 지구 스스로 발생시키는 지자기(지구 주위에 나타나는 자석과 같은 자성) 등 자연에서 발생하는 전자파를 들 수 있습니다.

하지만 인류를 포함한 지구상에 생존하는 생명체는 자연에서 발생한 전자파에 스스로 적응하며 진화했기 때문에, 자연에서 발생하는 전자파는 생명체에 큰 위험을 초래하지는 않습니다. 그뿐만 아니라 우리 주변에는 전자파를 이용한 유용한 제품들도 많이 있습니다. X선, 선은 엑스레이 사진이나 방사선 치료에 사용되고, 자외선은 살균에, 적외선은 난방·리모컨 등에 사용됩니다. 이 외에도 마이크로파를 이용한 전자레인지, 전파를 이용한 TV·라디오·휴대전화 등이 있습니다.

전자파의 원래 명칭은 전자자기파(電氣磁氣液, Electromagnetic Wave)입니다. 전기장과 자기장의 두 가지 성분으로 구성된 파동으로 서로 반복하며 대기 중에서 빛의 속도로 퍼져나갑니다. 역사상 최초로 영국의 물리학자 패러데이가 전기장과 자기장의 상호 관계성을 규명했으며, 이후 영국의 맥스웰이 전자파의 존재를 수학적으로 정립하여 전자기이론 법칙을 세웠습니다.

전자파는 주파수와 파장에 따라 분류됩니다. 주파수가 높은 순서대로 분류하면 선, X선, 자외선, 가시광선, 적외선, 전파(초고주파, 고주파, 저주파)가 있으며, 가정용 교류전기는 1초에 60번씩 극성이 바뀌기 때문에 60㎐의 전자파입니다. 일본 후쿠시마 원전 사고로 발생한 해로운 방사선 역시 주파수가 높고 파장이 짧은 에너지가 강한 전자파입니다. 우리의 일상생활과 가장 밀접한 극저주파(0~1㎑), 초저주파(1~500㎑), 라디오파(500㎑~300㎒), 마이크로파(300㎒~300㎓) 등은 쉽게 인식되지 않아 간과되지만, 전자파에 의한 장해는 바로 낮은 주파수에서 발생하는 일이 많습니다.

가정용 전자제품 가운데 비교적 많은 전자파를 발생시키는 전자레인지는 60㎐의 저주파 성분과 2.45㎓의 마이크로파를 동시에 냅니다. 60㎐의 저주파는 전자레인지의 전원으로, 높은 에너지의 2.45㎓의 마이크로파는 음식물을 데우는 데 사용합니다.

스마트폰 등의 통신기기는 통신의 매체로 전자파를 이용하기 때문에 기기 자체가 전자파 발생장치를 가지고 있습니다. 비록 통신기기에서 발생하는 전자파는 의도적으로 발생시킨 것이지만, 주변에 발생 된 전자파는 의도하지도 않은 전자파입니다.

수많은 전자파는 각종 전자 기기뿐만 아니라 인체에까지 큰 영향을 미치고 있습니다. 이러한 현상을 전자파간섭(Electromagnetic Interference, EMI)이라고 하며, 전자파간섭의 영향은 집적회로처럼 밀집도가 크고 정밀한 부품을 많이 사용하는 장비일수록 민감할 수밖에 없으므로 소형화, 고집적화, 다기능화를 지향하는 전기·전자 산업 등에 있어서 매우 치명적입니다.

따라서 최근에는 각종의 전자기기에 대한 전자파 규제를 통한 국가 차원의 엄격한 시험절차를 시행하고 있으며, 앞으로도 규제 수준을 더욱 강화할 계획입니다.

이런 국제적인 추세와 더불어 전자파 차폐가 필수적으로 요구되는 가전제품과 전기자동차의 수요가 증가하고 있어, 전자파 차폐에 대한 효과적인 대응 능력을 확보하고 품질을 개선하는 것이 시급합니다.

전자파 차폐(EMI Shielding)란 전도체를 이용해 유해전자파를 차단해 장비나 인체를 보호하는 것을 말합니다. 지금까지 전자파 차폐 기술은 주로 금속을 사용하거나 전도성 도장이 주를 이루었지만, 금속은 무게가 많이 나가며, 가공이 어렵고, 전자파의 난반사를 일으키는 단점이 있습니다. 또 전도성 도장은 가공비용이 비싸고 스크래치에 취약한 단점이 있습니다.

반면에 고분자 복합재료를 이용한 전자파 차폐 소재는 경량화뿐만 아니라 성형성과 생산가격을 낮출 수 있어 활발한 연구가 진행되고 있으며, 대체에 대한 수요 역시 상당히 증가하고 있습니다.

특히 전자파 차폐 소재를 활용해 전자파 간섭에 영향을 받을 수 있는 자동차용 레이더 센서·모듈 등을 보호하기 위한 커버 등으로 주로 응용하고 있습니다.

전자파 차폐(EMI Shielding) 성능은 일반적으로 ㏈로 표현되며, 고분자 복합 소재로는 0~ 70㏈까지 다양하게 구현 가능합니다. 탄소섬유, 탄소나노튜브(CNT), 카본블랙, 그래핀 등과 같은 탄소소재는 전기전도성이 뛰어나므로 전자파 차폐소재의 충진제로 많이 쓰입니다. 전자파 흡수 소재(EMI Absorbing)의 대표적인 예는 군사용으로 사용되는 스텔스 비행기입니다. 스텔스기는 군용 레이더에서 사용하는 주파수의 전자파를 흡수하여 레이더 상에서 표시되지 않도록 하는 것이 특징입니다.

최근에는 자율주행차량 개발이 진행되면서 자동차에도 민간용 레이더 부품을 적용해 난반사 돼 간섭을 일으키는 신호를 흡수하여 실제 필요한 정보를 보다 정확하게 읽을 수 있는 전자파 흡수(EMI Absorbing) 소재의 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 주로 차선 유지 지원시스템(LKAS), 후방 사각지대 감지 시스템(BSD) 등의 자율주행시스템 자동차 부품에 연구되고 있습니다.

실제로 LG화학은 현대모비스와 공동연구를 해 자동차 측면사각감지시스템(BSD)에 전자파 흡수 소재를 적용해 성능을 개선하기도 했습니다. 자동차의 후측방 사각지대의 차량을 감지해 사이드미러에 경보등을 켜주는 자동차 측면사각감지시스템(BSD)은 차량 후측방에 달린 레이더 센서가 전자파를 발사해 다시 회수하는 과정에서 물체를 인식합니다. 두 회사의 연구팀은 전자파 흡수 소재를 활용해 난반사 돼 간섭을 일으키는 신호를 전부 흡수해 실제 필요한 정보를 보다 정확하고 또렷하게 인식시키도록 성능 향상을 이뤄냈습니다.

박정일기자 comja77@dt.co.kr

자료제공: LG화학

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