LED 기반 다종 식별 가스 센서 모식도 [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 첨단소재측 바다이야기게임기 정그룹 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 사이다쿨접속방법 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 황금성오락실 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 장 황금성슬롯 기 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.
황금성릴게임 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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