한국표준과학연구원(원장 이호성)은 상온에서 유해가스를 빠르게 감지·회복하는 '염소화 그래핀 가스 센서'를 개발했다고 16일 밝혔다. 가열 장치 없이 상온 구동해, 그동안 소형 기기 탑재가 어려웠던 가스 센서 실용화 가능성을 높였다.
기존 가스 센서는 소재를 수백 도까지 가열해야 해 전력 소모가 크고 발열 부담이 컸다. 상온 작동이 가능한 그래핀 센서가 대안으로 떠올랐는데, 가스 감지 후 다음 측정까지 걸리는 '회복 속도'가 느려 연속 사용이 어려웠다.
연구진은 소금물을 이용한 전기화학 공정으로 문제를 해결했다. 소금물 속 염소 성분이 그래핀 표면에 균일하게 결합해 센서 성능을 높이는 식이다. 독성 염소가스나 염산을 직접 사용한 기존과 달리, 별도 유해가스 없이 공정을 단순화해 안정성을 확보하고 제조 비용을 낮췄다.
개발 센서는 상온에서 이산화질소 반응 민감도가 기존보다 약 2.5배 높고, 가스 감지 속도는 157초에서 38초로 75.8% 단축됐다.
특히 회복 시간은 1485초에서 202초로 86.4% 감소했다. 염소 처리된 그래핀이 이산화질소를 강하게 끌어당기는 동시에 주변 공기 중 산소와도 활발히 반응하는데, 가스 감지 후 산소 분자가 이산화질소 분자를 밀어내고 자리를 차지하면서, 외부 열원 없이 상온에서 빠른 회복이 가능해지는 원리다.
이번 기술은 히터가 필요 없고, 감도 및 회복 성능까지 갖춰 연속 모니터링에 유리하다. 웨어러블 기기나 환경 감시망 구축에 최적화됐다.
김연후 표준연 반도체디스플레이측정그룹 책임연구원은 “그래핀 센서 최대 약점던 느린 회복 속도를 소금물이라는 안전한 재료로 개선했다”며 “스마트폰이나 웨어러블 기기 등 다양한 분야로 확장이 가능할 것”이라고 말했다.
이번 연구는 김연후 책임연구원(공동 교신저자)과 오재연 박사과정생(공동 제1저자)이 참여했으며, 이동화 포스택 교수, 홍병희 서울대 교수, 안성필 성균관대 교수팀과 공동 연구를 진행했다. 성과는 '저널 오브 머터리얼즈 캐미스트리 A' 지난해 12월호 표지 논문으로 선정됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
