한국세라믹기술원 지상수 박사와 부산대학교 강준희 교수 공동 연구팀이 초미량 가스 농도를 감지할 수 있는 센서 소재를 개발했다.
최근 미세먼지 등 공기 질에 대한 국민 관심이 높아지면서 유해가스 중 하나인 이산화질소(NOX)를 감지하는 센서 개발 수요도 증가하고 있다. NOX는 0.01%(100 ppm)의 미세한 농도에도 지속 노출될 경우 기관지염, 폐기종, 위장병, 불면증을 불러일으킨다. 나아가 혈당 감소 또는 헤모글로빈 증가를 가져오는 등 인체에 해로운 영향을 미친다.
지금까지의 NOX 감지 센서는 초미량 감지가 쉽지 않고 습도가 높은 환경이거나 다른 가스와 섞여 있으면 검출 성능이 현저히 떨어지는 문제가 있었다.
지상수 박사 연구팀은 주석과 셀레늄으로 구성된 2차원 형태의 '주석 셀레나이드 화합물'을 제조해 초미량 가스도 감지하는 센서의 소재를 개발하는 데 성공했다.
주석 셀레나이드 화합물은 NOX 감지 특성이 우수하지만 내습성과 초미량 가스 감지에 대한 품질은 낮다. 연구팀은 이를 보완하고자 화학적 개질 특성을 가진 특수 첨가제를 적용해 결함이 적고 품질이 우수한 새로운 형태의 주석 셀레나이드 화합물을 만들었다.
그 결과 NOX 농도가 약 12.5ppb(10억 분의 1) 수준의 초저농도에서도 감지 가능하고 습도가 높은 상황에서 주변 다른 가스 농도가 NOX보다 500%나 높아도 일정한 성능을 보이는 것을 확인했다.
연구는 산업부의 '세라믹 기반 기술개발 사업'과 환경부의 '환경기술개발사업' 지원으로 달성한 성과로 미국화학회(ACS)에서 발행하는 센서 분야 세계적 권위 국제학술지인 'ACS 센서스' 2025년 3월호 표지 논문으로 선정됐다.
지상수 박사는 “NOX 센서의 습도 안정성과 내구성 난제를 극복한 소재를 제시했다”며 “대기 환경 모니터링 센서로 즉각 활용 가능하며 최근 인체의 날숨 내 초저농도의 가스를 분석해 질병을 조기 진단하는 센서에도 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.
진주=노동균 기자 defrost@etnews.com
