MX 구조의 메탈 카바이드를 이용한 전자파 차폐재 개발 = Develop of Electromagnetic interference shielding material using MX structure metal carbide

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서 신규 2D 물질이자 MX 구조의 메탈 카바이드인 맥신(MXene) 유도체를 탄소 섬유 부직포에 도입하여 높은 전자파 차폐 효율성 및 전기전도도, 열전도도를 갖는 새로운 다기능성 응용 소재를 개발하는 것을 목적으로 한다.
본 연구에서 합성한 맥신 화합물은 Ti3C2Tx, Ti4C3Tx이며 합성된 맥신은 담금 방식 및 스프레이 방식 의 간단한 방법으로 탄소 섬유 부직포에 도입하였다. 맥신이 도입된 탄소 섬유 부직포는 맥신이 도입되지 않은 탄소 섬유 부직포와 비교하였을 때 전자파 차폐 효율성과 전기전도도 및 열전도도 모두 향상됨을 알 수 있었다.
전자파 차폐 효율성의 측정은 ASTM D4935 측정 장치를 이용하였으며 전기전도도 측정은 4점 말단 저항 측정기(4 point probe)를 통해 평면 방향과 두께 방향으로 33mm 간격을 측정하였으며, 열전도도는 레이저 플래시 분석(Laser flash analysis; LFA)과 시차 열 중량 동시 측정 장치(Thermogravimetric differential thermal analysis; TG-DTA)의 측정값을 이용하여 계산하였다.
맥신을 도입한 시료의 전자파 차폐 효율성은 0.3~3000MHz 대역의 주파수에서 최대 43.19dB, 평균 40.10dB의 결과가 측정되었다. 면 저항은 최소 3.3454Ω/sq로 관측되었으며, 열전도도는 25℃ 상온에서 최대 0.220W/mK로 측정되었다. 이는 맥신을 도입하지 않은 탄소 섬유 부직포와 비교하였을 시 상대적으로 더 좋은 결과값을 보이므로 해당 복합 소재가 다기능성 소재로써의 가능성을 보임을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this work, new 2D metal carbide material named MXene was developed and investigated to manufacture a multi-functional material for better electromagnetic interference shielding effect(EMISE), lower sheet resistance and higher thermal conductivity.
Two types of MXene, Ti3C2Txand Ti4C3Tx was synthesized, and was introduced to unwoven carbon fabric with a simple method as dip-coating or spray-coating and named sample set A, sample set B respectively. In general, MXene-carbon fabric composite shows beter electrical, thermal properties, such as EMISE, electrical and thermal conductivity.
Network analyser was used with ASTM D4935 method to measure EMISE. Sheet resistance was measured by 4 point probe method. Thermal conductivity was calculated with thermal diffusivity, measured by laser flash analysis(LFA) and specific thermal capacity, measured by thermogravimetric differential thermal analysis(TG-DTA).
in 0.3~3000MHz frequency area, maximum EMISE of sample set B was 43.19dB, whereas maximum EMISE of sampel set A was only reached 31.18dB. Sheet resistance was 3.3454Ω/sq at minimum value, and thermal conductivity was 0.220W/mK. All three properties of was improved compared by non coated carbon fabric, which could indicates it has shown potential possibility of next-generation multi-functional material.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• Ⅱ. 이 론 4
• 1. 전자기파 (Electromagnetic radiation) 4
• 1-1. 전자기파의 정의 4
• 1-2. 전자파 장해 (Electromagnetic interference; EMI) 6
• 1-3. 전자파 차폐 (EMI shielding) 6
• 2. 맥신 (MXene) 10
• 2-1. MAX 상 물질 (MAX pahse materials) 10
• 2-2. 맥신(MXene)의 합성 13
• Ⅲ. 실 험 16
• 1. 시약 및 재료 16
• 2. 합성 17
• 2-1. Ti3AlC2 (4)의 합성 17
• 2-2. Ti3C2Tx (5) (MX-1)의 합성 19
• 2-3. Ti4AlC3 (6)의 합성 20
• 2-4. Ti4C3Tx (7) (MX-2)의 합성 21
• 2-5. Ti3C2Tx (5) (MX-1) 코팅 액의 준비 및 시료군 A의 제작 22
• 2-6. Ti4C3Tx (7) (MX-2) 코팅 액의 준비 및 시료군 B의 제작 22
• Ⅳ. 결과 및 고찰 23
• 1. MX 구조의 메탈 카바이드 Ti3C2Tx, Ti4C3Tx 합성 23
• 2. 전자파 차폐 효율성 (Electromagnetic interference shielding effectiveness; EMISE) 24
• 3. 전기전도도 (Electrical conductivity) 25
• 4. 열전도도 (Thermal conductivity) 26
• Ⅴ. 결 론 27