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