인하대 김상섭 교수, 유해가스 감지 가능한 새로운 센서 기반기술 개발

“유독물질 대량 누출 예방 … 사업장 안전 보장”

아주경제 박흥서 기자 = 인하대 신소재공학과 김상섭(50) 교수 연구팀이 산화물 나노선을 활용하여 극미량 유해가스 감지가 가능한 센서를 개발할 수 있는 기반기술을 개발했다.

김 교수 연구팀은 ‘금 식재 산화주석 나노선에서의 억셉터 보상 전하 이동과 표면 화학반응(Acceptor-Compensated Charge Transport and Surface Chemical Reactions in Au-Implanted SnO2 Nanowires)’이란 논문을 발표했으며, 이 논문은 4월 9일 ‘네이처(Nature)’ 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 온라인판에 실렸다.

한국연구재단 핵심연구사업의 지원으로 수행된 본 연구에는 우핑(Wu Ping) 싱가폴기술디자인대(Singapore University of Technology and Design) 교수, 슌이치 히시타(Shunichi Hishita) 일본재료연구소 박사, 인하대 박사후과정인 아카시(Katoch Akash) 박사와 최선우 박사가 참여했다.

이번 연구를 통해 산업현장에서 누출될 수 있는 유독한 화학물질을 극미량 수준에서 검출하여 사전에 경고함으로써 대량 누출을 예방하여 안전한 일자리 환경을 만들 수 있다. 이러한 목적에 사용되는 센서가 있으나 감응성 향상을 위한 새로운 방법론을 제공한 것이다.

나노선을 이용한 센서는 기존 후막형태 혹은 덩어리 형태의 센서소자에 비해 감응성이 우수하고, 저전력 소비가 가능한 신개념 센서소자다. 이 소자의 실제 적용을 위해서는 감응성의 추가 개선과 감응원리에 대한 심층 이해가 필요하다.

본 연구팀은 나노선 중심부에 이온 식재처리를 하여 나노선 내부에 새로운 전자준위를 형성시켜 센서의 감응성과 반응시간 및 회복시간을 획기적으로 향상시켰으며, 표면에서 발생하는 화학반응으로 인한 전도변화 현상을 규명했다.

기존 나노선 센서 연구에서는 표면부의 기능화처리가 주를 이룬 데 반해 나노선의 내부 기능화를 시도한 것은 이번 연구가 세계 최초여서 향후 나노선 적용 센서소자에서 새로운 패러다임을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

한편 본 연구팀에서는 한양대 김현우 교수 연구팀과 공동으로 구형 탄소입자의 성장 거동을 최초로 밝혀 그 결과를 네이처 자매지인 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’에 지난 1월 6일자로 게재하여 주목을 받은 바 있다.

김상섭교수.