The proliferation of electronics and instrumentation in commercial, industrial, and healthcare has led to a latent pollution known as electromagnetic interference (EMI). The importance of EMI shielding has been dramatically increased. In the past, metals are most common materials for EMI shielding in the construction field. But they have the disadvantages like high density, susceptibility to corrosion, complex and uneconomic processing. To solve these problems, barium ferrite and carbon nanotubes are chosen as shielding materials in this study. Barium ferrite has high saturation magnetization, high anisotropy field, and excellent magnetic properties. Also, barium ferrite is stable in moist conditions and has corrosion resistance. These properties make it a promising shielding material in construction field. In this study, specimens with four different barium ferrite contents (0.0, 0.3, 0.4, 0.5 % by cement weight) were manufactured and investigated to measure their EMI shielding effectiveness. Moreover, influence of magnetization on barium ferrite/cement paste was examined.
Carbon nanotubes (CNTs) are nano-scale structures which have outstanding electric conductivity and high EMI shielding performance. Compared to conventional metal-based EMI shielding materials, CNT composites have distinct advantages such as light weight, resistance to corrosion, and serviceability. As a result of the excellent characteristics of CNT, they can be applicable as an EMI shielding construction material. In the present study, a cement board was designed, fabricated, and measured according to the coaxial transmission measurement. The EMI shielding effectiveness of CNT/cement board was measured by varying the thickness of the air cavity in the board systems in order to find the best impedance matching between CNT/cement boards. Finally, a new dry wall system using CNT/cement board was developed as a multi-functional wall system. A field test was conducted in a shielded anechoic chamber which is available for a near field range test in the frequency range from 0.96 GHz to 3.96 GHz.
기존의 전자파 차폐 문제는 전자파 장애 (EMI: Electromagnetic Interference)를 일으키는 전자파 발생원을 기본적으로 외부로 보고 구조물의 외벽을 차폐하는 것이 일반적이었다. 그러나 구조물이 대형화되고 고깅능화 됨에 따라 구조물 내 각 공간에 대한 전자파 제어가 문제로 대두되었다. 특히 기존의 전자파 차폐용 도료, 판넬을 우수한 전자파 차폐 성능에 반하여 가격이 높고, 공간 내에 전자파 흡수 소재가 존재하지 않을 시 전자파 반사량이 크기 때문에 반사되는 들어오는 전자파에 의한 또 다른 문제가 발생 할 여지가 있다. 따라서 공간 내에서 전자파 차폐 및 흡수 성능이 뛰어난 건설 재료를 개발하여 전자파 에너지가 공간 내에서 감쇄하도록 유도하는 기술이 반드시 필요하다. 전자파 흡수 재료는 자성손실형, 유전손실형, 도전손실형 재료가 있는데, 이중 자성손실형 재료로는 페라이트계 재료가 가장 널리 사용되고 있다. 페라이트계 물질은 일반적으로 스피넬 구조를 갖는 이온화합물로써 산화철을 주성분으로 하여 다양한 금속화합물과의 결합으로 형성된다. 이중 바륨페라이트( )를 시멘트 기지재료에 넣고 전자파 차폐 및 흡수 성능을 측정해보았다. 그리고 전자파 흡수 성능을 향상시키기 위한 연구로 바륨페라이트가 혼입된 시멘트 복합체를 자화 시킨 후 각 주파수별 전자파 흡수 성능 향상 정도를 확인하였다.
본 연구에서는 바륨페라이트 뿐만아니라 최근 무선통신기기 사용의 급증으로 발생되는 전자파 장애 문제를 해결하기 위해 탄소나노튜브를 혼입된 시멘트 보드를 개발하고 탄소나노튜브/시멘트 복합체의 전자파 차폐 성능을 여러 실험을 통해 검토하였다. 본 연구에서 활용되는 탄소나노튜브는 흑연판이 튜브와 같이 둥글게 말린 형태로 sp2의 강한 화학결합을 이루고 있다. 이러한 점 때문에 탄소나노튜브는 역학적, 전기적 성질이 매우 우수하다. 탄소나노튜브의 높은 전기전도도를 이용하여 개발된 전자파 차폐용 시멘트 보드는 10 mm 두께로 상업용 주파수 대역인 30 MHz 에서 3 GHz 까지 약 10 dB의 전자파 차폐 성능을 지닌다. 개발된 시멘트 보드를 사용하여 기존의 건식 벽체 조립 공법인 dry wall 공법으로 전자파 차폐 성능을 지닌 시스템 벽체를 개발하였다. 열린 공간에서의 전자파 차폐 성능 검증을 위해 Near field range type의 전자파 차폐 성능 실험을 실시하였고, 평균 45.26 dB 전자파 차폐 성능을 확인하였다.
