▲ 빠르고 민감하게 수소탐지 센서 개발한  KAIST 연구팀. 왼쪽부터 가오민 연구원, 박인규 교수, 조민규 박사 후 연구원. ⓒ KAIST
▲ 빠르고 민감하게 수소탐지 센서 개발한 KAIST 연구팀. 왼쪽부터 가오민 연구원, 박인규 교수, 조민규 박사 후 연구원. ⓒ KAIST

한국과학기술원(KAIST)은 박인규 기계공학과·정연식 신소재공학과 교수 연구팀이 폴리스타이렌(Polystyrene) 구슬 자기 조립 현상을 이용, 고성능 수소센서를 개발했다고 4일 밝혔다.

청정에너지인 수소 가스는 차세대 에너지원으로 주목받고 있다. 냉각 시스템이나 석유 정제시설 등 현재도 다양한 산업 분야에서 활용 폭을 넓히는 중이다.

무색·무취의 수소 가스는 작은 스파크에도 불이 날 수 있는 가연성 물질이다. 폭발 위험이 크기 때문에 빠르게 검출하는 기술이 중요하다. 기존 수소센서들은 대체로 부피가 크고 소모 전력이 높다.

KAIST 연구팀은 수백 ㎚(나노미터) 직경의 폴리스타이렌을 활용했다. 고체 또는 발포체 상태로 존재하는 폴리스타이렌은 투명한 성질을 갖고 있다. 단단한 성형품으로 만들 수도 있다.

▲ 완성된 수소센서 일반 사진(왼쪽)과 전자현미경으로 본 수소센서. ⓒKAIST
▲ 완성된 수소센서 일반 사진(왼쪽)과 전자현미경으로 본 수소센서. ⓒKAIST

연구팀은 자기 조립 현상을 이용해 폴리스타이렌을 규칙적으로 실리콘 기판 위에 배열시켰다. 이를 바탕으로 실리콘 나노 그물 구조 센서를 구현했다.

연구팀 센서는 0.1% 수소 농도에서 10% 민감도와 5초의 반응속도를 기록했다. 이는 기존 실리콘 기반 수소센서보다 빠르면서도 10배 이상 민감도가 높은 것이라고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 전력 소모와 관련해 한계를 갖는 모바일 분야에도 이 기술을 적용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

박인규 교수는 "비싸고 복잡한 기존 공정을 거치지 않고도 단순한 방법으로 초미세 나노패턴을 만들 수 있다"며 "다양한 바이오 센서에도 응용할 수 있을 것"이라고 말했다.

연구는 과학기술정보통신부 나노소재기술개발사업, 한국연구재단 국민위해인자에 대응한 기체분자식별·분석기술개발사업, 해양수산부 해양수산환경기술개발사업, KUSTAR-KAIST 사업 등 지원을 받아 수행했다.

가오 민 연구원, 조민규 박사 후 연구원, 한혁진 박사과정이 참여한 논문은 스몰(Small) 지난달 8일자 표지 논문으로 실렸다.

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