실내조명으로 대기오염물질 `이산화질소` 감지…녹색광 활용 52배 감도 높여

KAIST, 녹색광-청색광 등 가시광 영역서 감지
인듐산화물 나노섬유와 금 나노입자 활용

KAIST는 김일두 교수 연구팀이 가시광을 활용해 상온에서 이산화질소를 감지할 수 있는 가스 센서를 개발했다고 밝혔다. 연구결과가 실린 국제 학술지 속표지 이미지. KAIST 제공

녹색광과 청색광에서 이산화질소를 초고감도로 감지할 수 있는 가스 센서 기술 개념도. KAIST 제공

실내 조명으로 대기환경 유해가스인 이산화질소를 감지할 수 있는 센서 기술이 나왔다.

KAIST는 김일두 신소재공학과 교수 연구팀이 가시광을 활용해 상온에서 초고감도로 이산화질소를 감지할 수 있는 '가스 센서'를 개발했다고 10일 밝혔다.

기존 가스 센서는 금속산화물 표면에 가스가 흡착될 때 저항 변화를 측정하는 '금속산화물 반도체 기반 저항 변화식 가스 센서'를 많이 사용해 왔다. 하지만 금속산화물과 가스 반응을 위해 300도 이상 가열이 필요해 상온 측정에 한계가 있었다. 최근에는 금속산화물 기반 광활성 방식 가스 센서가 이를 대체하고 있는데, 자외선 또는 근자외선 영역의 빛을 활용해 인체에 유해한 단점이 있다.

연구팀은 녹색빛을 포함한 가시광 영역의 빛을 활용하는 가스 센서를 개발했다. 이를 위해 가시광선 흡수가 어려운 인듐 산화물 나노섬유에 비스무스(Bi) 원소를 첨가해 청색광을 흡수할 수 있도록 중간 밴드 갭을 형성한 뒤, 금 나노입자를 결합해 가시광 중 가장 풍부한 녹색광 영역에서 활성도를 높였다. 그 결과, 상온에서 이산화질소 반응성이 기존 센서에 비해 52배 향상됐다. 또한 실내조명에 사용되는 백색광을 쪼여 이산화질소 가스를 감지하는 데도 성공했다.

김일두 KAIST 교수는 "자동차 배기가스와 공장 매연 등에서 배출되는 대표적인 대기환경 유해가스인 이산화질소를 녹·청색광 영역의 가시광을 활용해 상온에서 초고감도로 감지가 가능한 신소재를 개발했다"며 "향후 실내조명와 기기 결합을 통한 가스센서 상용화에 쓰일 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 재료분야 국제 학술지 '어드밴스드 머터리얼즈(지난 3월 4일자)' 온라인에 게재됐고, 이달 13일 속표지 논문으로 발표될 예정이다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr