국내 연구진이 언제 어디서든 적은 전력으로 유해가스를 감지할 수 있는 초저전력 유해가스 감지센서 개발에 성공했다.
KAIST는 전기및전자공학부 윤준보 교수 연구팀이 자체 개발한 나노 소재 '나노린(Nanolene)'을 활용해 매우 낮은 전력으로 어디서든 상시 동작이 가능한 유해가스 감지센서를 개발했다고 1일 밝혔다.
나노린은 정렬된 나노와이어(나노미터 두께의 얇은 실) 다발들이 공중에 떠 있는 구조의 2차원 물질이다.
하지만 최근 일산화탄소 등 유해가스를 탐지하는 가스 센서 소재로 금속산화물이 주목을 받고 있음에도 수백 도 안팎의 고온에서 작동하기 때문에 스마트폰 등 휴대용 기기에는 적용하기가 어려웠다.
또 나노 소재는 전기적·화학적 특성이 우수하지만 크기를 제어하기 쉽지 않고 원하는 위치에 정렬하기 어렵다는 특징도 갖고 있었다.
이에 연구팀은 기존 마이크로히터 대신 금속산화물 나노와이어를 히터 물질에 정렬시킨 새로운 형태의 나노히터 가스 센서를 개발했다. 나노 소재가 갖는 고유의 열 고립 효과를 이용해 기판으로 손실되는 열을 획기적으로 줄인다는 원리다.
이 기술은 기존 나노 소재 제작 방법과는 달리 일반적인 반도체 공정을 기반으로 제작할 수 있어 양산성이 뛰어나 산업적 활용 가치가 매우 높다는 평가다.
윤준보 교수는 "나노와이어를 히터물질로 적용하면 물리적 열 손실을 줄이고 나노영역에서 발생하는 고유의 열 고립 효과로 손실되는 열을 획기적으로 감소시킬 수 있다"며 "주변 회로와 집적한 스마트폰 내장형 통합 칩 제작이 가능하다는 의미"라고 설명했다.
이어 "상시 동작형 가스 센서는 언제 어디서나 유해가스의 위험을 알려주는 '스마트폰 속 카나리아'로 활용이 기대된다?고 말했다.
과거 광부들은 유해가스로부터 생명을 지키기 위해 탄광에 들어갈 때마다 카나리아라는 새를 데리고 들어갔다. 카나리아는 메탄, 일산화탄소 가스에 매우 민감해 유해가스에 소량만 노출돼도 죽는다. 광부들은 카나리아의 노래가 들리면 안심하고 채굴했고 카나리아가 노래를 부르지 않을 땐 탄광에서 뛰쳐나와 스스로 생명을 지킬 수 있었다.
제1 저자인 전기및전자공학부 최광욱 박사는 "이 기술은 휴대용기기에 내장하기 적합한 초저전력 가스센서 기술"이라며 "가스사고를 사전에 차단하고 인명사고를 막는 데 활용되길 기대한다"고 기대감을 드러냈다.
이번 연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈'(Advanced Functional Materials) 지난달 12일 자 온라인판에 실렸다.
강경주 한경닷컴 기자 qurasoha@hankyung.com
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