특정가스 노출 즉시 잡아낸다..'반도체 가스센서' 국산화 성공

- 재료硏·KISTI, 고선택성 가스 센서 소재 개발

이번 연구결과가 게재된 소재 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’ 표지.[한국재료연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 한국재료연구원은 에너지전자재료연구실 최진우 박사 연구팀이 한국과학기술정보연구원(KISTI) 김한슬 박사, 부산대학교 이형우 교수와 공동 연구를 통해 고선택성 가스 센서 소재의 반응 원리를 찾아내고 광학적‧전기적으로 동시 측정이 가능한 다중 응답형 고선택성 가스 센서를 세계 최초로 개발했다고 4일 밝혔다.

기존 반도체 가스 센서 소재는 표면에 가스가 흡착됐을 때의 전기적 저항 변화를 통해 가스를 검출한다. 저항이 가스 종류에 상관없이 변화해 선택성이 낮고, 대부분 전기적 특성 변화라는 단일 지표만을 사용해 그 활용성에 한계가 있다. 연구팀은 특정 가스에 노출 시, 결정구조가 변화하는 신소재를 개발하고 이를 기반으로 색과 저항이 동시에 바뀌는 고선택성 가스 센서를 제작했다.

연구팀은 독성이 없는 구리(Cu) 기반의 친환경 메탈 할라이드 박막 소재인 세슘카파아이오다이드(Cs3Cu2I5)를 합성했다. 이후 슈퍼컴퓨터 기반의 시뮬레이션을 통해 이 소재가 가역적으로 변하는 특성을 가질 수 있음을 규명하고, 물 분자가 효율적인 결정 변화 자극제가 된다는 사실을 입증했다. 또한 이론을 기반으로 센서 소자를 설계 및 제작함으로써, 해당 소자가 물 분자 검출에 탁월함을 확인하고 전기적 특성과 색 변화를 동시에 활용해 서로 다른 극성을 가진 다양한 알코올을 성공적으로 구분하는 데 성공했다.

왼쪽부터 최진우 한국재료연구원 박사, 김한슬 한국과학기술정보연구원 박사, 이형우 부산대학교 교수.[한국재료연구원 제공]

세계 가스 센서 시장규모는 2021년 10억 달러를 기록했으며, 매년 7.5%가량 성장할 것으로 예측된다. 반도체 가스 센서 기술은 경량화, 소형화, 대량 생산에 적합해 모바일, 사물인터넷(IoT), 농·축산업 등 다양한 분야에 활용할 수 있다.

최진우 재료연 박사와 김한슬 KISTI 박사는 “해당 연구는 반도체 센서 소자 및 유관 신소재의 새로운 개발 방향을 제시한다는 점에 주목해야 할 것”이라며 “이번에 개발한 센서 소재는 다중 응답 특성을 가져 향후 농·축산, 의료, 모바일 등 다양한 산업 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대된다”라고 말했다.

이번 연구결과는 소재 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’ 7월 11일자 표지논문으로 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com