1조 분의 1 극미량 감지 가스센서용 나노구조체 제작 기술 개발

한기대 심영석 교수 연구팀

[천안]한국기술교육대학교 에너지신소재화학공학부 심영석 교수가 참여한 연구팀이 단 한번의 레이저 조사로 1조분의 1 수준의 극미량 가스분자를 감지할 수 있는 고성능 가스센서용 나노구조체 제작 기술을 개발했다고 3일 밝혔다.

한기대에 따르면 반도체식 가스센서는 구동방식이 간단하고, 소형화, 집적화, 대면적화가 수월하다는 장점이 있어 다양한 화학적 정보를 제공하는 주요 센서 기술로 여겨지고 있다. 고성능의 반도체식 가스센서는 감지소재의 표면적을 극대화하는 것이 관건이다.

연구팀은 고분자구슬(Polystyrene beads)을 사용한 연성형판(Soft-template) 방법으로 가스분자와 반응할 수 있는 면적을 증가시킨 중공형 나노돔 형태의 산화주석(SnO2) 감지소재를 제작했다. 이어 산화주석(SnO2)의 표면을 레이저에 조사해 외면과 내면까지 가스반응에 활용할 수 있는 분화구 형태의 고성능의 감지소재로 변환하는데 성공하였다. 이 기술은 가스반응 실험에서 에탄올, 메틸메르캅탄 가스에 대한 선택성을 확보함과 동시에 세계 최고 수준의 이론적 감지 한계인 1.8ppt, 0.037ppt를 달성했다.

심영석 교수는 "레이저 조사를 통한 표면개질기술은 산화주석 뿐만 아니라 다양한 산화물에 즉시 적용이 가능하고, 공정을 반복했을 때 적층 구조로 만들어 표면적을 더 증가시킬 수 있다"며 "가스센서 뿐만 아니라 넓은 반응 면적이 필요한 다양한 분야야 응용이 가능할 것으로 기대된다"고 말했다. 심 교수는 이번 연구에서 교신저자로 참여했으며, 메사추세츠 공대(MIT) 서준민 박사와 한국과학기술연구원(KIST) 강종윤 박사, 서울대학교 장호원 교수 등과 함께 연구를 진행했다.

이번 연구결과는 국제학술지 '스몰 스트럭쳐스'에 온라인으로 공개됐다.