재료연, 1ppm 미세누출도 잡는 초고감도 암모니아 가스센서 개발

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송명관 박사 연구팀 등 공동 연구…친환경 무연 페로브스카이트 소재 이용

(창원=연합뉴스) 김선경 기자 = 국내 연구진이 소량만 유출돼도 인체에 유해한 암모니아를 1ppm 수준까지도 잡아내는 초고감도 암모니아 가스센서를 개발했다.

한국재료연구원(KIMS)은 친환경 무연(無鉛·Lead-free) 페로브스카이트(Perovskite) 소재를 이용한 초고감도 암모니아 가스센서를 개발했다고 4일 밝혔다.

개발에는 KIMS 에너지·환경재료연구본부 송명관 박사 연구팀과 부산대 이형우 교수, 인천대 강영호 교수, 호주 맥쿼리대 김진철 교수가 공동 참여했다.

암모니아는 저장·운반이 어려운 수소를 안전하게 운반하는 차세대 수소 운반체(Hydrogen Carrier)로 주목받으면서, 수소경제의 핵심 물질로 떠오른다.

그러나 소량만 누출돼도 인체에 유해해 저장시설, 운송설비, 발전소, 산업현장 등 환경에서 미세한 누출까지도 즉시 감지할 수 있는 고성능 센서가 필수적이다.

기존 페로브스카이트 기반 가스센서는 암모니아를 민감하게 감지할 수 있는 장점이 있지만, 대부분 인체와 환경에 유해한 납(Pb)을 포함하고 있어 상용화에 한계가 있었다.

연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 납 대신 친환경 소재인 안티모니(Sb)를 적용한 무연 페로브스카이트(포름아미디늄 안티몬 브로마이드)를 개발하고, 이를 암모니아 가스센서에 적용해 친환경성과 성능을 동시에 확인했다.

연구팀이 개발한 센서는 1ppm 수준의 초저농도 암모니아까지 안정적으로 검출했다.

또 암모니아 농도가 높아질수록 센서 신호도 일정하게 증가해 농도를 정량적으로도 분석할 수 있음을 확인했다.

이 센서는 100ppm 농도 암모니아에 13초 만에 반응하고, 신호 또한 최대 235% 증가해 성능을 입증했다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 가스센서가 암모니아를 에너지원이나 수소 운반체로 사용하는 발전소, 선박 등에서 미세 가스 누출을 조기 감지하는 데 활용될 수 있을 것으로 기대한다.

또 비교적 간단한 용액 공정을 활용해 제작할 수 있어 센서 대량생산에도 유리하다고 설명했다.

이번 연구 결과는 재료과학 분야 국제 학술지 '스몰 스트럭처즈'(Small Structures, IF 8.9)에 최근 게재됐다.

KIMS 송명관 책임연구원은 "향후 수소·암모니아 기반 에너지 인프라의 안전관리와 산업현장 유해가스 모니터링 기술에 폭넓게 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.

ksk@yna.co.kr

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