선인장 구조 활용 전자기파 흡수 및 열 관리

전자 기기의 소형화, 집적화, 다양화 추세에 따라 전자기파 적합성 및 방열 문제를 해결하기 위한 열 관리 및 광대역 전자기파 흡수 복합재 개발이 중요해지고 있습니다. 이 연구는 선인장의 다단계 가시 구조에서 영감을 받아, 열전도도와 전자기파 흡수 성능을 동시에 향상시키기 위한 생체 모방 3D 네트워크 구조를 제안합니다. ‘방향 분리’ 설계를 통해 수평 열 전달 경로를 형성하는 질화붕소 나노시트(BNNS)와 층간에 수직 성장된 코발트 촉매 질소 도핑 탄소 나노튜브 배열(Co@NCNTs)을 활용하여 선인장과 유사한 이종 구조 필러를 제작했습니다. 이를 고체-고체 상변화 폴리에틸렌 글리콜 매트릭스와 방향성 조립 공정을 결합하여 복합재를 얻었습니다. (Co@NCNTs)@BNNS의 질량 분율이 30wt%일 때, 두께 2.5mm에서 복합재는 최적의 전자기파 흡수 및 열전도도를 보였습니다. 최대 유효 흡수 대역폭은 6.72GHz에 달했으며, 면내 및 면외 열전도 계수는 각각 2.55W·m–1·K–1 및 0.94W·m–1·K–1를 기록하여 열전도도와 전자기파 흡수 성능이 동시에 향상되었습니다. 밀도범함수 이론 분석을 통해 Co@NCNTs와 BNNS 시스템 간의 계면 결합이 확인되었고, Co 및 질소 도핑 탄소 나노튜브 간의 독특한 전자 구조가 전자기파 흡수에 유리함이 검증되었습니다. 본 연구는 차세대 고밀도 전자 기기를 위한 통합 열-전자기 관리 재료 개발에 새로운 전략을 제시합니다.