KIST, 소비전력 낮은 투명 가스센서 개발

기존 센서에 비해 감도는 높고, 소비전력은 낮으면서 투명해 핸드폰이나 자동차 유리에 부착 가능한 가스 센서가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST) 전자재료연구센터 윤석진 박사와 서울대학교 재료공학부 장호원 교수 공동연구팀은 ‘자가활성을 통해 히터없이 작동이 가능한 저전력 고감도 고신뢰성 투명 화학 센서’를 개발했다고 2일 밝혔다.

공동연구팀이 개발한 센서는 기존 화학 센서와 달리 히터없이 자가활성을 통해 화학 분자를 감지할 수 있는 원리가 적용된 박막 센서다.

연구팀이 개발한 센서는 영양분 흡수율을 극대화하는데 최적화된 소장 내벽의 융모를 모방해 설계됐다. 그 결과 센서의 감도를 평면 박막 센서에 비해 1천배 이상 높일 수 있으며 이산화질소, 아황산가스, 아세톤 등 유해가스를 1ppb(10억분의 일) 이하 수준에서 감지할 수 있다.

기존 센서는 소비전력이 높아 감지를 위해서 온도를 높여주는 히터가 필요했지만 이번에 개발된 센서는 소비전력이 0.2 마이크로와트가 채 되지않아 기존 센서에 비해 1/1000 이하로 낮다. 이는 센서 물질 나노구조가 전자들의 병목현상에 의한 줄(Joule)열 발생에 최적의 구조로 설계되었기 때문이다. 이에 따라 현재 상용화된 휴대폰 배터리로 반년이상 충전없이 작동이 가능할 만큼 소비전력이 낮다.

또한 센서 기판으로 투명한 유리 기판과 산화물 전극을 사용하여 가시광선 영역에서 90%의 뛰어난 투과율을 보여준다. 이처럼 투명한 센서를 이용할 경우 기존 화학 센서에서는 불가능했던 휴대폰 표면에 장착이 가능한 스마트 센서 구현이 가능하다.

이를 통해 “오감 센싱이 가능한 미래형 휴대폰 등과 같은 신개념 융합 전자기기의 상용화를 앞당길 수 있는 원천핵심 기술로 평가된다”고 연구팀은 설명했다.

이 연구는 지식경제부가 소재분야 원천기술 개발을 위해 전략적으로 추진하고 있는 핵심소재 원천기술 사업으로 4년간 약 80억원의 연구비가 투입됐다. 연구 결과는 세계적 과학저널인 ‘네이처’가 발행하는 온라인 저널인 사이언티픽 리포트에 게재됐다. 또 우리나라와 미국 등에서 8건의 특허를 출원했다.

KIST 윤석진 박사는 “이번에 개발된 투명 화학 센서는 투명 디스플레이 및 자동차 앞 유리 등 다양한 분야에 적용시킬 수 있어 화학 센서의 응용분야를 확장시켰다는데 그 의의가 있다”라고 말했다.