이종 계면 공학은 전자기파(EMW) 감쇠를 조절하는 핵심 기술이지만, 계층적 이종 구조 설계에서 정밀한 아키텍처 제어가 어렵다는 문제가 있습니다. 본 연구에서는 단계적 제한 전략을 통해 그래핀 에어로젤 내부에 계층적 이종 계면을 성공적으로 구축했습니다. ZIF-67 나노입자와 ZIF-67이 내장된 폴리실라잔 나노층을 활용하여 제자리에서 합성했습니다.
자기 금속 및 세라믹 전구체의 동시 열분해를 통해 Co/CoO 나노결정과 비정질 SiCN 나노층을 환원 그래핀 산화물(rGO) 프레임워크에 균일하게 고정했습니다. 이는 ZIF-67 유래 Co/CoO 나노결정이 SiCN 또는 rGO 시트에 고정된 0D-2D 어셈블리와 SiCN 및 rGO 층 간의 확장된 2D-2D 접촉을 포함하는 계층적으로 조직화된 이종 계면을 형성합니다. 이러한 계면은 불균일한 공간 전하 분포를 유도하여 계면 분극을 강화합니다.
최적화된 자기 그래핀-SiCN 에어로젤은 자기-유전 손실의 시너지 효과와 향상된 임피던스 매칭 덕분에 2.4mm 두께에서 5.52GHz의 낮은 주파수에서 -60.63dB의 최소 반사 손실을 달성했습니다. 또한 7.89GHz의 넓은 유효 흡수 대역폭을 보였습니다.
본 연구는 계층적 이종 구조 설계 및 이종 계면 공학에 의해 지배되는 근본적인 전자기 반응 메커니즘에 대한 귀중한 통찰력을 제공하며, 차세대 EMW 흡수 재료 개발에 기여할 것입니다.
해양 방위 및 운송 분야에서는 고효율 마이크로파 흡수(MA)와 우수한 내식성(CR)을 동시에 갖춘 차세대 소재가 요구됩니다. SiC 나노섬유는 적절한 유전 상수와 화학적 불활성을 지녀 다기능 코팅 필러로 이상적이지만, 단일 성분으로는 마이크로파 감쇠 효율과 대역폭이 제한적입니다. 이에 본 연구는 이종 계면 공학을 통해 편광 손실을 증대시키고 내식성을 시너지 효과로 향상시키는 전략을 제안합니다.
본 연구에서는 화학 기상 증착으로 합성된 SiC 나노섬유를 전구체로 활용하고, SiO2 중간층과 질소 도핑 탄소 쉘을 순차적으로 도입하여 다층 코어-쉘 나노섬유를 제조했습니다. 풍부한 이종 계면과 결함은 임피던스 매칭을 효과적으로 조절하며, 전도, 계면 및 결함 유도 쌍극자 편광을 포함한 다양한 손실 메커니즘을 유도합니다.
제조된 SiC@SiO2@C(SSC) 나노섬유는 최소 반사 손실 -52.40 dB, 최대 유효 흡수 대역폭 7.68 GHz, 최대 레이더 단면적 감소 38.42 dB m2를 달성하며 탁월한 MA 특성을 보였습니다. 또한, SSC/PVDF 복합 코팅은 순수 금속 및 PVDF 코팅 대비 현저히 향상된 부식 전위와 감소된 전류 밀도를 나타내며 우수한 CR 성능을 입증했습니다.
이 연구는 이종 계면 공학이 가혹한 환경에서 마이크로파 흡수 및 내식성 모두를 향상시키는 시너지 효과를 제공함을 강조합니다.
구조적 하중 지지력과 광대역 전자기파 흡수 특성을 동시에 갖는 재료를 설계하는 것은 재료공학 분야의 중요한 과제입니다. 본 연구에서는 디지털 광학 처리(DLP) 3D 프린팅, 고분자 유래 세라믹(PDC), 화학 기상 침투(CVI) 및 산화 기술을 활용하여 자이로이드 구조의 SiOC/SiC/SiO2 복합체를 성공적으로 제조했습니다.
CVI SiC 상의 도입은 전자기파 소산 능력을 효과적으로 향상시켰으며, 자이로이드 구조와 SiO2 상 간의 시너지 효과는 임피던스 정합 성능을 크게 개선했습니다. 이러한 복합체는 4.3mm 두께에서 -62.2dB의 최소 반사 손실(RLmin)을 달성했으며, 유효 흡수 대역폭(EAB)은 4.1mm에서 4.65mm 두께 범위에서 X-밴드를 포함했습니다.
CST 시뮬레이션 결과는 광대역 및 저주파 흡수 특성을 명확히 보여주며, 5GHz에서 -21dB의 RLmin과 8.4GHz (9.6–18GHz)의 EAB를 나타냈습니다. 우수한 전자기파 감쇠 성능은 주로 편광 손실, 전도 손실, 자이로이드 구조에 의한 다중 반사 및 산란 증진, 그리고 구조 단위 간의 공명 효과와 관련이 있습니다.
또한, 이 SiOC/SiC/SiO2 복합체는 높이 방향에서 최대 31.6 MPa의 압축 파괴 강도를 보이는 강력한 기계적 특성을 입증했습니다. 본 연구는 광대역 마이크로파 흡수 및 하중 지지 특성을 모두 갖춘 다기능 구조 흡수 재료 개발에 새로운 가능성을 제시합니다.
