공침법 기반 단일상 아연-코발트 치환 바륨-W형 페라이트를 이용한 전자파 흡수체 설계 = Design of Electromagnetic Wave Absorbers Using Zn?Co Substituted Ba-W Type Ferrites

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The expansion of operating frequencies in next-generation communication and electronic devices has intensified electromagnetic interference (EMI), creating demand for efficient highfrequency absorbers. This study presents the design of a W-type ferrite-based electromagnetic wave absorber with enhanced performance. Single-phase W-type ferrites were synthesized via a co-precipitation method, where the optimized NaOH–Na2Co3 precipitant and 1250 °C calcination yielded homogeneous Sr–Ni ferrite plates. Ba–Zn/Co W-type ferrites exhibited tunable magnetic and absorption properties depending on Co substitution. The optimized sample achieved an effective absorption bandwidth (EAB) of 10.03 GHz (12.4–22.43 GHz) at a matching thickness of 1.471 mm. To overcome the bandwidth limit only from magnetic loss, carbon nanotubes (CNT) were introduced to enhance dielectric loss. With 0.2 wt% CNT, the matching thickness decreased to 1.340 mm and the EAB expanded to 13.21 GHz. These results demonstrate that synergistic control of magnetic and dielectric losses enables broadband, thin, and high-efficiency absorbers suitable for high-frequency EMI suppression.

국문 초록 (Abstract)

통신기기 및 전자기기의 발전으로 사용 주파수 대역이 고주파 영역으로 확장되면서 전자파 간섭(Electromagnetic interference, EMI)이 증가하고 있다. 이에 따라 고성능 흡수체의 필요성이 높아지고 있으며, 본 연구는 W형 페라이트 기반 전자파 흡수체의 설계와 성능 향상을 목표로 수행되었다. 단상의 W형 페라이트를 합성하기 위해 공침법을 적용하였고, 침전제 조성과 열처리 조건에 따른 상 변화와 미세구조를 분석하였다. 그 결과 NaOH–Na2Co3 혼합 침전제를 사용하고 1250 °C에서 열처리한 조건에서 Sr–Ni W형 페라이트가 단상으로 합성됨을 확인하였다. 이어 단상의 Ba–Zn/Co W형 페라이트를 합성하여 Co 치환 농도에 따른 자성 및 흡수 특성을 비교한 결과, 매칭두께 1.471 mm에서 EAB가 10.03 GHz (12.4–22.43 GHz)로 우수한 성능을 보였다. 추가적으로 CNT를 보조 재료로 도입하여 유전 손실을 함께 제어함으로써 성능을 개선시켰다. CNT 함량 증가에 따라 매칭두께는 1.100 mm까지 감소하였고 EAB는 더욱 확장되었다. 본 연구는 고주파 대역에서 정밀한 흡수체 설계 가능성을 확인하였으며, 실용 가능성을 제시하였다.

목차 (Table of Contents)

• 1. 서론 1
• 2. 이론적 배경 5
• 2.1 전자파 전파 (Propagation) 이론 5
• 가. 전자파의 상호작용 5
• 나. 전자파 손실 메커니즘 8
• 다. 전자파 반사 차폐 메커니즘 13
• 라. 전자파 흡수 차폐 메커니즘 14
• 마. 전자파 차폐 성능평가 방법 21
• 2.2 육방정 페라이트 25
• 가. 육방정 페라이트의 분류 25
• 나. 육방정 페라이트 합성법 29
• 2.3 전자파 흡수체 설계 33
• 3. 실험방법 35
• 3.1 페라이트 분말 및 흡수체 제조 35
• 3.2 특성 분석 장비 39
• 4. 결과 및 고찰 40
• 4.1 공침법을 통한 단상 W형 페라이트 합성 조건 40
• 가. Na2CO3가 침전된 전구체 분말의 화학양론비에 미치는 영향 40
• 나. Na2CO3가 W형 페라이트의 상 형성과 미세구조에 미치는 영향 44
• 다. 하소온도가 W형 페라이트의 상 형성과 미세구조에 미치는 영향 48
• 4.2 Ba-Zn/Co가 치환된 W형 페라이트 전자파 흡수체 52
• 가. BaZn/Co가 치환된 W형 페라이트 합성 및 미세조직 분석 52
• 나. 원소 조성 및 화학결합 분석 58
• 다. 자기적 특성 분석 61
• 라. 전자기적 특성 분석 66
• 마. 전자파 흡수체 성능 분석 72
• 5. 결론 86
• 6. 참고문헌 88
• Abstract 92