한국생산기술연구원 기능성소재부품연구그룹 정영규박사 연구팀이 개발한 반도체식 가스센서 소자. 사진제공=한국생산기술연구원한국생산기술연구원은 기능성소재부품연구그룹 정영규박사 연구팀이 칼슘 실리케이트의 수분 흡착층을 활용해 나노시트를 제조하고 이를 기반으로 반도체식 가스센서 실용화의 최대 걸림돌이었던 습기 문제를 해결한 ‘나노시트 반도체 센서기술’을 개발했다고 24일 밝혔다.
연구팀은 먼저 거미줄 구조를 갖는 기존의 주석산화물 나노와이어 사이에 2차원 형태의 칼슘실리케이트를 성장시켰다. 시멘트의 원료인 칼슘 실리케이트(Calcium Silicate)는 보통 응집된 시트 형태로 존재하는데 연구팀은 표면 특성을 제어해 주석산화물 나노와이어 사이에 얇은 나노시트 형태로 칼슘 실리케이트를 성장시키는 데 성공했다.
합성된 2차원 나노시트는 칼슘 실리케이트의 하이드록시기가 효과적으로 대기에 노출되며, 시트 표면에 기능화된 하이드록시기는 물 분자만 선택적으로 흡착하게 된다.
이 같은 친수성으로 인해 대표적 대기오염 물질인 이산화질소(NO2)의 경우 물 분자는 나노시트 표면에 붙잡아두고 미세먼지 전구체 물질만 선택적으로 주석산화물 나노와이어 감지소재에 흡착시킬 수 있다.
연구팀은 감도와 수분 저항성을 동시에 높인 이 성과를 기반으로 미세먼지 전구체 물질인 이산화질소를 20ppb까지 감지할 수 있는 나노시트 반도체 센서기술을 개발, 반도체식 가스센서 실용화에 청신호를 켠 것으로 평가받았다.
정영규 박사는 “습도 저항성 문제를 해결한 나노시트를 제조하고, 이를 토대로 외부 환경요인에 구애받지 않고 미세먼지 전구체 가스를 감지할 수 있는 센서를 개발했다”며 “다양한 현장에 미세먼지 측정 모니터링 시스템이 적용될 수 있도록 반도체식 가스센서 실용화 연구를 이어가겠다”고 밝혔다.
강원대학교 최선우교수 연구팀, 한국과학기술연구원 이정훈박사 연구팀이 참여했고 반도체식 가스센서의 습도 의존성 문제를 해결함으로써 화학 분야 최고 권위지로 꼽히는 ‘Journal of Hazardous Materials’ 6월호에 논문이 게재됐다.
