한국재료연구원(KIMS·원장 최철진) 에너지·환경재료연구본부 윤종원, 권정대, 김용훈 박사 연구팀이 저온에서 간단한 용액공정을 통해 제작할 수 있는 브롬화구리막(CuBr) 기반 암모니아(NH3) 가스 센서를 세계 최초로 개발했다.
연구팀이 개발한 센서는 암모니아만 선택적으로 감지하는 능력이 뛰어나고 플라스틱처럼 유연한 기판에 제작 가능해 의료 등 다양한 분야에서 활용도가 높을 전망이다.
암모니아 가스 센서는 공기 중 암모니아를 감지해 실내외 환경 모니터링, 산업 현장 유해가스 감지, 질병 진단 등에 활용된다. 센서에는 주로 브롬화구리막이 사용되는데 암모니아와 만났을 때 전기적 저항값이 크게 변해 낮은 농도 암모니아도 감지하는 역할을 한다.
기존에는 센서에 필요한 브롬화구리막을 형성하는 과정에서 500℃ 이상의 고온 진공 공정이 필수였기 때문에 고온에 취약한 유연 기판에 적용하기 어렵고 제작 비용도 높다는 단점이 있었다.
연구팀은 이를 해결하고자 150℃ 이하 저온에서 진공 공정 없이 이차원 구리 나노시트를 기판에 형성하고 간단한 용액공정만으로 브롬화구리막을 합성하는 기술을 개발했다. 그 결과 플라스틱 기판 위에서 암모니아 가스 센서 구현에 성공했다.
이번 연구는 저온 용액공정 방식으로 100만분의 1 이하 암모니아 농도를 감지하는 고감도 센서를 개발한 성과로 제작 비용을 크게 줄일 수 있고 웨어러블 센서나 진단 의료기기로 활용 가능하다는 장점이 있다. 실제로 연구팀은 센서를 1000번 이상 반복적으로 구부리는 실험을 통해 고성능을 유지한 상태로 안정적으로 작동함을 확인했다.
이번 연구는 국가과학기술연구회 글로벌 TOP 사업, 한국연구재단 나노 및 소재기술개발사업, 한국재료연구원 주요 사업 등의 지원을 받아 전북대학교 김태욱 교수, 한국해양대학교 김홍승 교수 연구팀과 공동으로 수행했다. 연구팀은 생산성 향상을 위해 대면적 필름 형태 추가 연구를 지속해서 진행 중이다.
윤종원 선임연구원은 “이번 연구를 통해 개발한 암모니아 센서는 플렉서블, 웨어러블 기기로 확장될 가능성이 높으며 실내 공기 질 모니터링부터 개인 건강 관리까지 다양한 분야에서 활용될 수 있다”며 “특히 인체에 부착해 날숨을 분석하는 질병 진단 센서로도 응용할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
노동균 기자 defrost@etnews.com
