가스 감도 10배 이상 높인 초고감도 가스센서 구현
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가스 감도 10배 이상 높인 초고감도 가스센서 구현
  • 김현기 실장
  • 승인 2016.03.18 16:12
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가스센서를 기반으로 하는 다양한 에너지·환경 응용 소자의 성능 향상에 기대
▲ 이종흔 교수

[시사매거진]“서로 다른 크기의 기공을 유기적으로 연결한 나노구조체를 합성하여 기존 감응소재에 비해 가스감도가 10배 이상 향상된 초고감도 가스센서를 개발했다”고 미래창조과학부가 밝혔다.

이종흔 교수 연구팀(고려대)은 미래창조과학부 기초연구사업(중견연구자지원사업) 지원으로 연구를 수행했으며, 이 연구는 세계적인 권위의 네이처 자매지인 NPG 아시아 머티리얼스(NPG Asia Materials) 지난 3월 11일자에 게재됐다.

논문의 주요 내용을 살펴보면, 이 교수 연구팀은 가스센서는 유해가스 등에 의한 안전사고 방지, 식품·수산물의 품질과 신선도 판별, 실내외 환경모니터링 등에 활용되고 있다며, 유해 위험가스는 ppm 단위의 저농도인 경우가 많아 초고감도의 센서 설계가 매우 중요하다. 그래서 가스센서의 감도를 높이고, 반응속도를 빠르게 하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다고 연구의 필요성을 밝혔다.

이어 연구팀은 나노기공과 마크로 기공을 구형 구조 내부에 형성시키고 이를 메조 크기의 지름(~20나노미터)을 가지고 길이가 긴 원기둥 모양의 카본나노튜브(CNT) 템플레이트를 이용해 서로 연결하고자 한 결과 나노기공, 선형 메조기공, 구형 마크로기공이 동시에 존재하면서 기공들이 3차원적으로 연결된 구조를 설계해 초고감도의 가스센서를 구현했다고 설명했다.

마지막으로 연구팀은 나노, 메조, 마크로 기공이 유기적으로 연결돼 있는 3차원 기공연결구조의 산화주석(SnO2)은 5ppm의 에탄올에 대한 가스감도가 316배로 나타났다. 이는 동일한 산화주석(SnO2)을 기반으로 하는 센서에 비해 감도가 10배 이상 높은 것으로, 현재까지 보고된 결과 중에서 가장 높았다고 연구결과를 밝혔다.

아울러 연구팀이 제안한 기공연결 구조는 가스 공급이 매우 중요한 가스센서(유해/위험 가스검지, 음주측정, 인공후각, 환경오염 모니터링 등)와 액체 중 이온 공급이 필요한 배터리, 광촉매 등 다양한 에너지/환경 응용소자의 성능을 한 단계 높이는데 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다고 덧붙였다.

이종흔 교수는“이번 연구는 새로운 상상력을 바탕으로 서로 다른 크기의 기공을 연결한 것으로 음주측정기, 인공후각, 환경모니터링 등 가스센서를 기반으로 하는 다양한 응용 분야 및 에너지·환경소자 등에 널리 적용할 수 있을 것으로 기대된다”며 연구의 의의를 설명했다.

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