한국생산기술연구원(원장 이낙규)은 반도체식 가스 센서 실용화 최대 걸림돌이었던 습기 문제를 해결한 '나노시트 반도체 센서 기술'을 개발했다고 24일 밝혔다.
가스 센서는 미세먼지 예보 등 대기질 관측이 일상화되면서 공기 중 특정물질 농도 측정을 위해 수요가 커지고 있다. 다만 고습한 환경에서 감도가 낮아져 센서 신호가 변해 별도 습기 제거 장치가 필요한데, 이 경우 센서 부피 및 가격 증가로 실용화에 걸림돌이었다.
개발 주역은 정영규 생기원 기능성소재부품연구그룹 연구팀이다. 거미줄 구조를 갖는 기존 주석산화물(SnO2) 나노와이어 사이에 2차원 형태 칼슘 실리케이트를 성장시켰다.
시멘트 원료인 칼슘 실리케이트는 보통 응집된 시트 형태로 존재하는데 연구팀은 표면 특성을 제어해 주석산화물 나노와이어 사이에 얇은 나노시트 형태로 칼슘 실리케이트를 성장시키는 데 성공했다.
합성된 2차원 나노시트 표면에 기능화된 하이드록시기는 물 분자만 선택적으로 흡착하게 된다. 친수성으로 인해 대표적 대기오염 물질인 이산화질소(NO2)의 경우 물 분자는 나노시트 표면에 붙잡아두고 미세먼지 전구체 물질만 선택적으로 주석산화물 나노와이어 감지소재에 흡착시킬 수 있다.
연구팀은 감도와 수분 저항성을 동시에 높인 이 성과를 기반으로 미세먼지 전구체 물질인 이산화질소를 20ppb까지 감지할 수 있는 나노시트 반도체 센서 기술을 개발, 반도체식 가스 센서 실용화에 청신호를 켠 것으로 평가받는다.
정영규 박사는 “다양한 현장에 미세먼지 측정 모니터링 시스템이 적용될 수 있도록 반도체식 가스 센서 실용화 연구를 이어가겠다”고 말했다.
한편 이번 성과는 국가과학기술연구회가 지원하는 빅이슈 사업을 통해 도출됐으며, 강원대 최선우 교수 연구팀, 한국과학기술연구원 이정훈 박사 연구팀이 참여했다. 화학 분야 최고 권위지로 꼽히는 Journal of Hazardous Materials 6월호에 논문도 게재됐다.
이인희기자 leeih@etnews.com
