전파 흡수 구조를 위한 전도성 미세 패턴 직물의 유전율 제어 연구

Abstract

최근에 항공기의 생존성을 높이고 적의 추적 신호에 대한 저피탐 특성을 갖는 스텔스 항공기에 대한 관심이 높아지고 있다. 따라서 전자파에 노출되는 스킨과 같은 구조물에 전파 흡수 기능을 부가하여 저피탐 기능과 구조적 기능을 동시에 갖는 전파 흡수 구조에 대한 연구가 수행되고 있으며, 많은 연구들이 항공기 기체구조의 주 소재로 활용되고 있는 강화섬유 복합소재를 기반으로 하고 있다. 수지에 CNT 및 Carbon Black과 같은 전도성 입자들을 혼합하여 전도성을 구현하는 방식은 복합소재 전파흡수구조 연구 초기부터 지속적으로 수행되어왔다. 이와 같은 방식은 수지에 전도성 첨가물을 혼합하는 비교적 간단한 공정을 통해서 고유전율 구현이 가능하다는 장점이 있지만 전자기적 물성의 편차가 크고, 수지 점도가 높아 구조물 성형에 어려움이 있다. 또한 시편에 대한 유전율을 측정 하기 전에는 해석적으로 전자기적 물성을 예측하기가 어렵다. 본 논문에서는 해석적인 방법으로 유전율 예측이 가능하고 유전율의 설계 및 제어가 가능한 고유전율 복합소재에 대한 연구를 수행하였다. 유리섬유 직물 표면에 전자 인쇄를 이용하여 전도성 페이스트를 미세한 패턴으로 분포한 MPF(Micropattern Printed Fabric)를 이용하여 복합재료의 유전율을 예측하고 제어하는 연구를 수행하였다. MPF는 전도성 입자를 강화 섬유 직물 표면에 설계된 미세 패턴 형상으로 분포시키기 때문에 균일한 유전율 구현이 가능하고, 미세 패턴의 크기, 세장비 등의 미세 패턴 형상 변수 통제를 통해서 복합 재료의 유전율 제어가 가능하다. 특히 본 연구에서는 유전율의 실수부, 허수부 각각에 영향을 미치는 형상 변수들을 연구하여 MPF 복합소재의 실수부, 허수부를 독립적으로 제어 및 설계가 가능함을 확인하였다. 또한 MPF를 활용한 고유전율 복합소재의 기계적 물성시험을 수행하여 일반(pristine) 유리섬유 복합소재 시편의 기계적 물성 시험 결과와 비교/분석하였다.