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기존 센서 대비 전력 소모↓…산업현장·일상 속 안전성 높인다
[한국표준과학연구원 제공. 재판매 및 DB 금지]
(대전＝연합뉴스) 김준호 기자 = 한국표준과학연구원(KRISS)은 저렴하고 안전한 발광다이오드(LED) 빛을 활용해 여러 종류의 유해가스를 정밀 식별할 수 있는 차세대 가스 센서 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.
현재 산업 현장에서 주로 쓰이는 가스 센서는 200∼400도의 고온 상태를 유지해야 하는 '고온 동작 방식'인데 센서마다 마이크로 히터를 부착하고 장치를 상시 가열해야 해 전력 소모가 크다.
KRISS 첨단소재측정그룹 권기창 책임연구원과 서울대 남기백 박사과정생은 인듐옥사이드 위에 인듐설파이드를 얇게 코팅한 나노 구조를 개발해 가시광선 LED 기반 가스 센서의 성능을 개선했다.
연구진이 개발한 이중접합 구조체는 빛을 받았을 때 생기는 전하가 밖으로 흩어지지 않고 반응이 일어나는 표면으로 모아주는 '에너지 우물' 역할을 한다. 이를 통해 광에너지 효율을 극대화함으로써 별도 열원 없이 파란색 LED 빛만으로 가스 분자와 즉각적으로 반응할 수 있는 감지 구조를 만들었다.
연구진은 이종접합 구조 위에 백금(Pt)·팔라듐(Pd)·금(Au) 나노 입자를 입힌 센서를 배열해 '전자 코'(E-nose) 기능을 구현했다.
각 귀금속 촉매가 특정 가스에만 민감하게 반응하도록 설계해 마치 사람의 코처럼 여러 가스가 뒤섞인 환경에서도 유해가스인 수소와 암모니아, 에탄올을 명확히 구별해낼 수 있다.
개발 센서의 검출 한계(LOD)는 201.03 ppt(1조분의 1) 수준으로, 기존 LED 방식 센서보다 감도가 약 56배 향상됐다고 연구진은 설명했다. 습도가 80%인 환경에서도 안정적으로 작동하고 300일 이상의 장기 평가에도 초기 성능을 유지하는 등 내구성도 뛰어난 것으로 확인됐다고 덧붙였다.
센서 하나로 여러 종류의 가스를 식별할 수 있고 전력 소모가 적어 산업 현장은 물론 일반 가정에서도 경제적으로 활용할 수 있다. 유지비가 저렴해 그동안 도입이 어려웠던 주거 시설이나 공공장소의 실시간 공기 질 관리 시스템에도 쉽게 보급될 것으로 기대된다.
권기창 책임연구원은 "고온 가열 과정 없이 실온에서 작동해 스마트폰이나 스마트워치 등 웨어러블 기기 탑재에도 유리하다"며 "향후 촉매 조합을 최적화해 각 현장 특성에 맞는 유해가스를 선별 감지하는 맞춤형 지능형 센서로 발전시킬 계획"이라고 말했다.
kjunho@yna.co.kr
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