[파이낸셜뉴스] 한국과학기술원(KAIST)과 현대차, 부산대가 손잡고 수소 가스가 새는 것을 0.6초 이내에 감지할 수 있는 수소 감지 센서를 개발했다. 이 센서는 -10~80도에서 동작하며, 1만번 이상 반복 동작 등 미국 에너지청 기준을 충족하는 것을 넘어 세계 최고 성능이다. 10일 KAIST에 따르면 KAIST 조민승 박사가 현대차 기초소재연구센터 전자기에너지소재 연구팀, 부산대 서민호 교수와 협업해 수소감지 센서를 개발했으며, 미국과 한국 등에 3건의 특허가 출원돼 있다. 현재 현대차와 함께 소자를 웨이퍼 스케일로 제작한 후 차량용 모듈에 탑재해 감지 및 내구 성능을 추가로 검증하는 중이다. 조민승 박사는 "이번 연구 결과는 기존 수소 센서 성능 한계를 뛰어넘어 고속 동작할 뿐만아니라 실사용에 필요한 신뢰성, 안정성까지 확보했기에 중요한 가치를 가지며, 자동차, 수소 충전소, 가정 등 다양한 곳에 활용될 수 있을 것"이라고 말했다.  연구진은 기존 상용화된 수소 센서보다 빠르고 안정적인 수소 감지 기술 확보를 위해 2021년부터 차세대 수소 센서 개발에 착수했고, 2년여의 개발 끝에 성공했다. 기존의 수소 센서 연구들은 주로 감지 소재에만 집중해 연구됐다. 이는 특정 성능 지표에선 매우 뛰어난 성능을 보이지만 모든 성능 지표를 충족하지는 못하고, 일괄 공정이 어려워 상용화에 한계가 있었다. 연구진은 이를 극복하기 위해 순수한 팔라듐 물질 기반으로 독자적인 마이크로·나노 구조 설계 및 공정 기술을 접목했다. 또 향후 양산을 고려해 합성 소재가 아닌 순수 금속을 활용하고, 반도체 일괄 공정 기반으로 대량 생산이 가능하도록 설계했다.  아울러 제작한 소자를 블루투스 모듈과 패키징해 무선으로 1초 이내로 수소 누출을 감지하는 통합 모듈을 만들어 성능을 검증했다. 연구진은 "기존 고성능 광학식 수소 센서와 달리 휴대성이 높아 수소 에너지가 보급되는 다양한 곳에 적용될 수 있을 것"이라고 말했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 한국표준과학연구원(KRISS) 반도체측정장비팀이 공기중 이산화질소를 1조 분의 1까지 감지하는 유해가스 센서를 개발했다. 이 센서는 대기 중 유해가스인 이산화질소를 상온에서 저전력·초고감도로 정밀 모니터링할 수 있으며, 반도체 공정 잔류가스 감지, 수전해 촉매 등에도 활용할 수 있다. 5일 연구진에 따르면 이 가스센서는 테스트를 통해 대기 중 이산화질소를 5ppb 농도까지 감지해냈다. 이를 바탕으로 계산된 센서의 감지 한계는 1.58 ppt, 즉 공기중 1조 분의 1 정도인 유해가스를 감지해 세계 최고 수준이다. 연구진은 "이 센서가 시간과 비용 측면의 경제성이 뛰어나고 우수한 분해능을 갖추고 있어, 연평균 이산화질소 농도 뿐만아니라 실시간 변화를 감지해 대기환경 개선 연구에 기여할 수 있을 것"이라고 말했다. 이번에 개발한 센서는 신소재 기반의 차세대 반도체식 유해가스 센서로 성능과 실용성이 기존 센서보다 대폭 향상됐다. 화학반응감도와 선택적 감지능력이 모두 뛰어나 기존에 보고된 반도체식 센서보다 이산화질소를 60배 이상 높은 감도로 감지할 수 있다. 또 상온에서 동작 가능해 전력 소모가 적고, 최적의 반도체 제조공정으로 저온에서 대면적 합성이 가능해 제작단가도 낮다. 이 센서 기술의 핵심은 연구진이 자체 개발한 이황화몰리브덴 나노브랜치 소재다. 통상 2차원의 평면 구조로 사용되는 이황화몰리브덴 소재를 나뭇가지 형태의 3차원 구조로 합성해 민감도를 높였다. 대면적으로 균일한 소재 합성이 가능할 뿐 아니라, 추가적인 공정 없이 원료 물질에 포함된 탄소 비율을 조절하는 것만으로 3차원 구조를 만들어낼 수 있다는 것이 특징이다. 또 연구진은 "이 기술은 소재 합성 단계에서 원료 물질에 포함된 탄소 함량을 조절해 소재의 전기화학적 특성을 변화시킬 수 있다"고 설명했다. 이를 이용하면 반도체 공정의 잔류가스 등 이산회질소 외의 다른 가스를 감지하는 센서도 개발 가능하다. 소재의 우수한 화학반응성을 응용하면 수소 생산을 위한 수전해 촉매의 성능도 향상시킬 수 있다. 문지훈 선임연구원은 "기존 가스센서의 한계를 극복한 이번 기술은 정부 규제 대응을 위한 수준을 뛰어넘어 국내 대기환경 모니터링을 더 정밀한 수준으로 끌어올릴 것"이라며 "대기 중 이산화질소 모니터링 외에도 다양한 유해가스 센서 및 촉매 개발에 활용할 수 있도록 후속연구를 이어가겠다"고 밝혔다. 한편, 연구진은 이번에 개발한 유해가스 감지센서를 재료과학 분야 저명 학술지 '스몰스트럭처스(Small Structures)'에 발표했다.  monarch@fnnews.com 김만기 기자

【파이낸셜뉴스 수원=장충식 기자】 아주대학교 연구진이 유기 반도체 기반의 고성능 가스센서 개발에 성공했다. 유기 반도체 소재의 전기적·광학적 가스 감지 성능을 획기적으로 개선할 수 있어 차세대 고감도 유해가스 센서로 활용할 수 있을 전망이다. 30일 김종현·권오필 아주대 교수(응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과)는 울산과학기술원 에너지화학공학과 연구팀과 함께 유기 반도체 기반의 고성능 암모니아 검출 가스센서 개발에 성공했다. 관련 연구는 ‘안정성 라디칼 음이온 발생 메카니즘을 이용한 라일렌 유기반도체 기반의 고감도 암모니아 가스센서 개발 (Strategic Approach for Enhancing Sensitivity of Ammonia Gas Detection: Molecular Design Rule and Morphology Optimization for Stable Radical Anion Formation of Rylene Diimide Semiconductors)’이라는 제목으로 소재 분야 국제 학술지인 '어드밴스드 펑셔날 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)' 7월 27일자 온라인판에 게재되었다. 이번 연구에는 아주대학교 김종현·권오필 교수와 UNIST 곽상규 교수가 교신저자로, 아주대 대학원 분자과학기술학과의 오병민·박성하 학생이 제1저자로 함께 했다. 암모니아(NH3) 가스는 휘발성 유기화합물의 한 종류로서 특정 농도 이상을 장시간 흡입할 경우 두통, 구토, 기침 및 호흡곤란 증상을 일으키는 등 인체 위험성이 매우 높은 유해물이다. 이에 암모니아 가스 검출을 위한 다양한 연구들이 진행되어왔다. 그 중에서도 반도체 소재의 저항변화를 통한 정밀 검출기술 개발이 활발히 이루어져 왔다. 그러나 기존에 사용하던 무기 반도체 소재는 센서 제작을 위한 소자 제작과정이 복잡하고 비용이 많이 소요된다는 문제가, 유기 반도체 소재는 검출력과 검출선택성에서 한계가 지적돼 왔다. 연구팀은 암모니아 가스와 선택적으로 ‘안정성 라디칼 음이온’을 형성할 수 있는 특성의 라일렌(rylene) 기반 유기 반도체 소재에 주목했다. 라일렌 구조의 유기 반도체 소재가 암모니아 가스에 노출될 경우, 분자간 전하이동 반응을 통해 안정성 라디칼 음이온이 형성되는 현상과 함께 전류값 증폭 및 광흡수 변화가 나타남을 발견한 것이다. 연구팀은 이를 이용해 암모니아 가스를 200ppb(10억분의 1을 나타내는 단위) 수준의 극미량까지 감지하며 동시에 암모니아 가스로부터 1700%의 전류 증폭 성능을 보이는 고성능의 가스센서 개발에 성공했다. 또 연구팀은 암모니아 가스 분자와 라일렌 유기 반도체 분자 간에 발생하는 효율적인 전하이동반응 원리를 양자 계산으로 증명하여 센서의 원리와 소재 설계 원리도 함께 제안했다. 공동 연구팀은 “이번 연구에서 제안한 유기 반도체 소재는 합성 공정이 매우 간단하고 극미량의 암모니아 가스로도 라디칼 음이온 형성반응을 통해 증폭된 전류신호를 얻을 수 있다”며 “이를 통해 기존 가스 센서에서 지적되어 온 높은 제작비용 및 검출력 한계와 관련된 문제점들을 해결할 수 있었다”고 밝혔다. 이어, “개발된 소재를 이용하면 가격경쟁력을 갖춘 고감도의 암모니아 가스센서 개발이 가능할 것”이라고 전망했다. 한편 이번 연구는 한국연구재단의 대학중점연구소 지원사업(분자과학기술연구센터), 기초연구사업(중견연구자지원사업), 국제화기반조성사업 및 선도연구센터(결정기능화 공정기술 센터)의 지원을 받아 수행됐다. jjang@fnnews.com 장충식 기자

국내 연구진이 유독가스가 공기중에 0.02%만 있더라도 곧바로 홀로그램을 띄워 알려주는 초소형 센서를 개발했다. 이 센서는 근로자들의 보안경에 스티커처럼 붙일 수 있어 시끄럽거나 어두운 작업장에서도 사용할 수 있다고 연구진은 설명했다. 또한 현재 애플, 삼성, 구글, 페이스북 등에서 활발히 개발 중인 안경 형태의 증강현실(AR) 디스플레이 시스템과도 연동이 가능하다. 포항공과대학교(POSTECH) 기계공학과·화학공학과 노준석 교수는 외부로부터 유해가스가 유입되면 눈앞에 즉각 홀로그램을 띄울 수 있는 센서를 개발했다고 11일 밝혔다. 이 센서는 노준석 교수를 포함해 화학공학과 김영기 교수, 통합과정 김인기·김원식 학생이 공동연구를 통해 메타표면과 가스 반응형 액정 기술을 접목했다. 노준석 교수는 "이번에 개발한 가스센서는 초소형 웨어러블 형태로 만들고 눈에 잘 띄는 홀로그램이 생겨 주변 청각적·시각적 잡음이 많고, 급박하게 돌아가는 작업 환경에서 더욱 효과를 발휘할 것"이라고 말했다. 연구진은 이 센서를 만드는데 빛을 자유자재로 제어하는 메타표면을 활용했다. 메타표면으로 만든 센서 소자는 가스와 접촉하면 내부 액정층에서 분자 배열이 바뀐다. 이 편광 빛을 활용해 단 몇초만에 홀로그램 이미지가 뜨게 된다. 이렇게 만든 가스센서는 기존 상용 가스센서와 달리 외부의 복잡한 기계나 전자 장치가 없어도 작동한다. 연구진은 플렉서블이나 웨어러블 형태의 가스센서를 만들기 위해 나노복합재 단일 프린팅 공정을 개발했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 유독가스가 공기중에 0.02%만 있더라도 곧바로 홀로그램을 띄워 알려주는 초소형 센서를 개발했다. 이 센서는 근로자들의 보안경에 스티커처럼 붙일 수 있어 시끄럽거나 어두운 작업장에서도 사용할 수 있다고 연구진은 설명했다. 또한 현재 애플, 삼성, 구글, 페이스북 등에서 활발히 개발 중인 안경 형태의 증강현실(AR) 디스플레이 시스템과도 연동이 가능하다. 포항공과대학교(POSTECH) 기계공학과·화학공학과 노준석 교수는 외부로부터 유해가스가 유입되면 눈앞에 즉각 홀로그램을 띄울 수 있는 센서를 개발했다고 11일 밝혔다. 이 센서는 노준석 교수를 포함해 화학공학과 김영기 교수, 통합과정 김인기·김원식 학생이 공동연구를 통해 메타표면과 가스 반응형 액정 기술을 접목했다. 노준석 교수는 "이번에 개발한 가스센서는 초소형 웨어러블 형태로 만들고 눈에 잘 띄는 홀로그램이 생겨 주변 청각적·시각적 잡음이 많고, 급박하게 돌아가는 작업 환경에서 더욱 효과를 발휘할 것"이라고 말했다. 연구진은 이 센서를 만드는데 빛을 자유자재로 제어하는 메타표면을 활용했다. 메타표면으로 만든 센서 소자는 가스와 접촉하면 내부 액정층에서 분자 배열이 바뀐다. 이 편광 빛을 활용해 단 몇초만에 홀로그램 이미지가 뜨게 된다. 이렇게 만든 가스센서는 기존 상용 가스센서와 달리 외부의 복잡한 기계나 전자 장치가 없어도 작동한다. 연구진은 플렉서블이나 웨어러블 형태의 가스센서를 만들기 위해 나노복합재 단일 프린팅 공정을 개발했다. 기존의 딱딱한 기판 위에서 가공되던 메타표면 구조를 곡면이나 유연 기판에서 한 번의 프린팅만으로도 빠르게 생산할 수 있도록 설계했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[파이낸셜뉴스] 국내 과학자들이 협업을 통해 멍게껍질과 탄소나노튜브로 만든 복합섬유를 이용해 유해가스를 감지하는 웨어러블 센서를 개발했다. 이 센서는 별다른 후처리 공정이나 촉매 없이도 유해가스 감지 기능을 가진 복합섬유로 만들었다. 향후 대량생산과 일반 섬유를 직접 짤 수 있어 차세대 웨어러블 센서로 활용이 가능할 전망이다. 한국과학기술연구원(KIST) 기능성복합소재연구센터 정현수·이승기 박사 연구팀은 한국과학기술원(KAIST) 정희태 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 섬유형 이산화질소 센서를 개발했다고 3일 밝혔다. KIST 연구진은 버려지는 멍게껍질로부터 나노셀룰로오스를 추출, 탄소나노튜브와 결합한 복합섬유를 제조해 후처리 및 촉매가 필요 없는 이산화질소 센서 소재를 개발했다. 또한, 개발한 복합섬유는 기계적 강도와 유연성을 동시에 보유하고 있어 일반 섬유와 직조가 가능하다. 실제로 연구팀은 복합섬유를 삽입한 직물을 만들어 유해가스인 이산화질소를 감지하는 데 성공했다. KIST 정현수 박사는 "이번 연구에서 개발된 섬유형 가스 센서는 국내에서 원천 기술력을 보유하고 있는 탄소 나노소재를 기반을 두고 있기 때문에 지속적으로 연구 개발해 소재 원천 기술과 지적재산권을 확보한다면 다가오는 센서 시대의 소재의 강국으로 진입할 수 있는 잠재력이 기대된다."고 전망했다. 특히 이미 산업화돼 있는 일반 습식방사법으로 복합섬유를 연속 생산할 수 있어, 향후 값싼 웨어러블 가스 센서를 상용화하는 데 있어 매우 유리할 것으로 보인다. 연구에 쓰인 소재 가격만으로 연구진이 제조비용을 산출한 결과 섬유 1m당 약 10원 미만의 비용이 드는 것으로 확인됐다. 이 방법으로 제조된 복합섬유는 전도성, 다공성 그리고 이산화질소 가스에 대한 높은 선택성과 감도(ppb 레벨)를 제조단계에서부터 원스톱으로 보유하고 있다. KIST 정현수 박사는 "향후 이산화질소 외에 다른 유해가스 검출용 웨어러블 소재를 경제성 있게 개발하는 데 매진하겠다"고 밝혔다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 지원으로 KIST 오픈리서치프로그램과 한국연구재단 나노소재기술개발사업을 통해 수행됐으며, 연구결과는 소재 분야 유명 국제저널인 'ACS 나노' 최신호에 게재됐으며, KIST는 제조기술에 대한 국내 특허를 출원 완료 했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

"이번에 연구개발한 슈퍼코일섬유로 입는 센서를 개발해 소방관, 광산이나 지하공동구 같은 막힌 공간에서 일하는 분들이 유독가스 등 위험상황을 빨리 인식해 대피할 수 있도록 돕고 싶다."최창순 대구경북과학기술원(DGIST) 스마트섬유융합연구실 선임연구원(사진)은 14일 인터뷰를 통해 자신의 연구개발 성과물이 좋은 곳에 쓰이길 희망한다고 말했다. 최 선임연구원은 늘어나면서 동시에 전기가 통하는 고탄성·다기능 슈퍼코일섬유 개발 논문을 공개한 바 있다. 연구 결과는 세계 최고 권위의 학술지인 네이처의 자매지 '네이처 커뮤니케이션스' 1월 25일자 온라인판에 게재됐으며, 에너지소재 분야에서 주요논문으로 선정됐다.최근 섬유를 활용해 실생활에서 활용 가능한 전자제품을 개발하는 1차원 도체 R&D는 웨어러블 디바이스, 생체센서, 이식 가능 미세디바이스 등 다양한 소자분야에 폭넓게 사용될 수 있어 연구 관심도가 높은 분야다.슈퍼코일섬유는 두 가지 특성이 있다. 슈퍼코일섬유는 탄소나노튜브로 둘러싼 스판덱스 섬유를 꼬아서 마치 전화기 선처럼 자신의 원래 길이보다 16배까지 늘어날 수 있는 특성을 갖췄다. 이와 함께 전기에너지를 저장할 수 있는 기능이 있어 차세대 배터리로 불리는 슈퍼캐패시터 개발이 가능하다. 또 많이 늘어나면서 늘어나는 정도에 따라서 저항이 조금 바뀌게 만들 수 있다. 저항이 변하는 것을 정확하게 측정해 어떤 재료든지 늘어나는 정도를 이용해 센서로 쓸 수 있다. 최 선임연구원은 "섬유니까 옷을 만들어 가스가 누출되면 옷에서 불이 켜지거나 소리가 나오게 해서 사람에게 경고를 주는 식의 연구를 하고 있다"고 말했다.이 슈퍼코일섬유는 이외에도 로봇팔과 그 외골격 또 고도의 유연성이 요구되는 전자회로 등 여러 산업분야에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.최 선임연구원은 슈퍼코일섬유 개발에 성공했지만 제품 상용화까지는 연구가 더 필요하다고 했다. 이 섬유에 사용한 탄소나노튜브가 성능은 좋지만 가격이 비싸다는 단점이 았다. 탄소나노튜브를 대체할 재료를 찾는 것이 급선무. 그는 "대체재료만 찾으면 만드는 방법이 복잡하지도 않다. 그냥 꼬면 된다. 스판덱스 섬유도 다 상용화돼 있기 때문에 충분히 상용화도 가능하다"고 말했다. 한편 최 선임연구원은 연구 초기에 섬유의 구조를 어떤 식으로 할지 고민이 많았다고 했다. 세계적으로 유명한 많은 교수들이 자기들 나름대로의 방법으로 연구를 많이 하고 있다. 그는 "미국의 존 로저스 박사는 금속전극을 만드는 데 뱀꼬리 모양처럼 독특한 구조로 만드는데 저는 DNA 구조를 보고 모방했다"고 말했다. DNA 사진을 보면 세포의 제한된 공간에 최대한 많은 유전적 정보를 넣기 위해서 아주 심하게 꼬여 있다. 슈퍼코일이라는 용어도 본래 DNA 쪽에서 많이 쓴다. 그는 "내가 생물 쪽에 많은 지식은 없지만 DNA 구조를 보고 실을 만들 때 적절한 재료로 잘만 만들면 엄청 꼬아도 끊어지지 않고 저런 구조가 되지 않을까 하고 실험을 한 건데 딱 맞아들었다"고 말했다. monarch@fnnews.com 김만기 기자

[수원=장충식 기자] 아주대학교 연구팀이 위험물질인 불소 가스의 누출을 육안으로 확인할 수 있는 착색 센서를 개발하는 데 성공했다. 9일 아주대에 따르면 서형탁 교수는 불소 화합물에 색 변화로 반응하는 무기물 기반 착색 센서를 개발했다고 밝혔다. 관련 연구는 “가스 상태의 F 검출을 위해 다단계 물리화학적 성질 제어를 이용한 텅스텐 산화물의 폴라론 변화 기반 색변화 연구(Tunable polaron-induced coloration of tungsten oxide via a multi-step control of the physicochemical property for the detection of gaseous F)”라는 논문으로 영국왕립화학회 발간 학술지 'Physical Chemistry Chemical Physics' 최신호 표지 논문으로 선정됐다. 불소 화합 가스는 철강, 정유 및 화학, 배터리와 디스플레이, 반도체 분야에서 널리 쓰이고 있으며, 지구 온난화의 주범으로 꼽히는 온실가스의 대표적 물질이기도 하다. 특히 불소 화합물 중에서도 불산은 광물의 제련과 전자 회로, 화학 물질 제조 등에 이용되며, 불산은 반응성이 높다는 특성 덕에 반도체 실리콘 웨이퍼에서 필요하지 않은 부분을 제거하는 것과 같은 공정에 널리 활용되고 있다. 하지만 불산이 누출되어 인체에 닿으면 인체 내부로 아주 쉽게 침투하기 때문에 위험성도 높았다. 인체 조직으로 침투한 불산은 강력한 독성을 띄고 있기 때문에 심장과 폐 등에 치명적 타격을 주기 때문으로, 문제는 불소 화합물이 공기 중으로 누출되면 수분과 반응하여 불산으로 쉽게 전환된다는 데에 있다. 실제로 국내에서도 불산 및 불소 화합물의 크고 작은 누출 사고가 발생한 바 있기에 이 물질의 누설을 효율적으로 감지할 수 있는 센서의 개발에 대한 수요가 많았다. 그러나 불산 가스는 무색 무취의 특징을 가지고 있어 맨눈으로 확인하기 어렵고 현재 상용화된 센서 역시 여러 제약이 있었다. 이에 따라 서 교수팀은 불산 및 불소 화합물 가스가 누설되는 경우 육안으로 바로 확인이 가능하도록 기존 남청색에서 투명으로 색깔이 변화하는 센서를 개발해냈다. 연구팀이 개발한 센서는 무기 소재인 텅스텐 산화물을 나노 구조로 형성한 뒤 광화학적 방식을 이용, 수소를 주입해 불산 반응에 용이하도록 소재의 화학·광학적 성질을 개선했다. 센서가 불산 가스에 반응하면 산화물의 전자 구조가 변화하고 맨눈으로 식별이 가능한 수준으로 착색 특성이 달라진다. 센서 색깔의 변화는 가스 감지 20초 이내에 발생하며 센서는 불산 가스의 농도에도 광범위하게 반응한다. 또 전기 신호로도 누설 여부를 확인할 수 있으며, 연구팀이 개발한 이 기술은 상온 반도체 공정을 기반으로 해 다양한 기판에 센서를 만들 수 있고 대량생산도 가능하다. 서형탁 교수는 “불소 가스가 산업계에서 널리 쓰이는 데 반해 그동안 이에 대한 안전 확보가 쉽지 않았다”며 “이번에 개발한 착색 센서가 불소 가스 안전 센서 기술로 상용화될 가능성이 매우 높다”고 말했다. 이번 연구는 한국연구재단 나노소재기술개발사업 및 BK플러스 사업의 지원을 받아 이루어졌다. 국내·외 특허 출원이 완료되었으며, 등록이 진행 중이다. jjang@fnnews.com 장충식 기자

가느다란 실과 같은 형태의 섬유가 센서가 되는 길을 국내 연구진이 처음으로 개발했다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 세탁이 가능하고 유연하며 고감도인 섬유형 가스센서 개발에 성공했다고 17일 밝혔다. 이 기술은 나일론, 면, 폴리에스터 등 기존 섬유에 분자접착제를 이용해 그래핀을 코팅해 섬유가 공기중 가스 유·무를 확인할 수 있도록 하는 원리다. 상온에서도 매연가스에 포함된 이산화질소(NO2)를 만나면 그래핀 산화물의 고유 저항이 바뀌고, 그 정도의 차이를 통해 가스농도를 알려준다. 따라서 소방대원이 화재를 진압할 때나 맨홀 처럼 공기상태를 알 수 없는 곳에 진입할 때 섬유형 가스센서로 제적된 작업복을 입으면 연결된 장치를 통해 공기상태를 확인할 수 있게된다. ETRI는 "이 가스센서는 세탁을 하거나 1000번을 구부려도 성능을 유지한다"며 "센서의 굵기가 마이크로미터(㎛)에서 밀리미터(㎜)의 실형태 또는 섬유라서 감지물질을 붙여 활용이 가능하고 추가적인 전력소모도 없다"고 설명했다. ETRI는 앞으로 이 가스센서로 감지 가능한 가스의 종류를 확대해 나갈 예정이며, 향후 이 기술을 유연전자소자 업체 또는 웨어러블 기기 업체, 섬유형 필터관련 업체 등에 기술이전할 계획이다. 박지영 기자

한국전자통신연구원(ETRI) 연구진이 그래핀을 이용한 투명하고 휘는 가스센서를 개발했다. 그래핀 히터가 집적된 그래핀 가스센서의 모식도. 국내 연구진이 세계 최초로 가스센서와 히터를 하나의 그래핀 소자에 적용해 투명하고 휘어지는 특성을 강화함으로써 향후 웨어러블 디스플레이에 적용 가능성을 더욱 높였다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 21일 그래핀을 이용해 미세한 가스를 측정하면서도 투명하며 휠 수 있는 고성능 가스센서-히터 융합소자 제작에 성공하면서 나노분야의 저명한 국제 학술지'스몰' 온라인에 지난 17일 등재됐다고 밝혔다. 연필심의 재료인 흑연의 한개 층을 말하는 '그래핀'은 탄소원자들이 벌집모양으로 배열된 얇은 막 형태의 나노소재로 두께가 0.3nm(나노)크기로 우수한 전도성, 높은 투과도 그리고 우수한 유연성 등 다양한 특성을 가지고 있다. ETRI가 개발에 성공한 가스센서는 이러한 그래핀으로 구현함으로써 기존에 사용되어온 실리콘 등과 같은 반도체 박막 소재와는 다르게, 투명성과 유연성을 유지할 수 있는 장점을 가지고 있다. 연구진은 이를 활용하면 가스센서로 투명성과 유연함이 요구되는 창문이나 자동차의 앞 유리창, 유해 실험실에서 사용하는 실험용 보안경 등에 가스센서를 적용할 수 있다고 설명했다. 가스센서는 측정하고자 하는 가스분자가 그래핀 표면에 흡착했을 때, 센서의 저항 변화로부터 가스의 유무를 측정할 수 있다. 이후 가스센서의 재활용을 위해서는 센서 표면에 붙어있는 가스 분자들을 떼어내는 이른바 '초기화'가 필요하다. 이를 위해 기존에는 별도의 금속성 히터를 외부에 장착하여 가스 분자들을 떼어냈으나 금속성 히터는 소재 특성상 불투명하고 휘어지지가 않고 부피가 커서 유연한 투명 센서 적용에 한계를 보여 왔다. 이에 비해 ETRI 연구진은 그래핀 가스센서 뿐만이 아닌 그래핀 히터까지 한 곳에 접목해 센서 초기화과정 동안에도 투명하며 휠 수 있는 장점을 유지시킬 수 있다고 전했다. ETRI 그래핀소자창의연구센터 최춘기 센터장은 "이번 연구를 성공함으로써 그래핀을 이용한 투명하고 유연한 고성능 가스 분자 센서의 상용화 가능성을 한 발 더 앞당겼다"고 말했다. 이번 과제는 미래창조과학부 정부출연금사업인 'ETRI 창의연구실사업' 지원으로 개발됐으며 ETRI 미주기술확산센터를 통해 해외 마케팅을 추진하고 있다. ETRI는 이번 연구결과를 향후 선택형 가스 분자 센서로 확장하면서 센서 관련업체, 자동차 제조사, 환경관련 업체 등에 기술이전 한다는 계획이다. yccho@fnnews.com 조용철 기자