폭발 위험 없고 즉시 반응하는 수소 감지 센서 개발

나노박막 기반 마이크로 롤 기반...수초 내 탐지

수소 가스 유출 여부를 쉽게 판별할 수 있는 기술이 한·중 공동 연구진에 의해 개발됐다.

한국연구재단은 이태윤 연세대학교 교수와 용펭 메이 푸단대학교 교수 연구팀이 수소 가스에 반응하는 나노박막 기반 마이크로 롤을 개발했다고 29일 밝혔다.

수소는 석유, 화학, 철강 등 산업 전반에 걸쳐 필수적인 원료로 사용되고 있으며 수소연료전지가 개발됨에 따라 일상생활에서도 사용량이 매년 증가하고 있다.

그러나 수소 무색, 무취, 무미 등 특유의 성질과 공기 중 농도 4% 이상만 되어도 쉽게 폭발하는 특성 때문에 안전성 확보를 위한 누출검지 시스템 사용이 필수다.

현재까지 상용화된 수소 센서는 전력 공급이 필요하며 이 경우 센서에 전해지는 전류에 불이 붙을 수 있어 수소가 누출됐을 때 폭발 위험성을 증가시킨다.

연구팀은 둥글게 말려있다가 수소 가스에 반응하면 펴지는 나노박막 기반 마이크로 롤 액츄에이터를 개발했다. 이를 통해 수소 가스 노출 시 수 초 이내에 빛의 투과도가 50% 이상 달라져 센서가 즉시 반응할 수 있도록 했다.

나노박막 기반 마이크로-롤 액츄에이터 모식도 및 사진. (a, c, e) 수소 가스에 노출되기 전의 마이크로-롤 모습. (b, d, f) 수소 가스에 노출된 후의 마이크로-롤 모습.

해당 센서는 전력 공급이 필요 없고, 폭발 위험이 없으며 수 초 이내에 반응하는 초고감응성 등의 특성을 나타내 상용화 가능성이 높다고 연구팀은 강조했다.

이태윤 교수는 “이번 연구를 통해 수소 가스에 노출된 팔라듐의 화학적, 기계적 변화를 모두 활용해 빠르고 높은 응답을 가지는 센서를 개발했다”며 ”정밀 수소 계측장비부터 단순한 수소 누출 경보 센서까지 다양하게 적용할 수 있어 수소 관련 전 분야에서 파급효과가 클 것으로 예상하며, 미래형 디스플레이에도 응용이 가능하다“고 연구 의의를 설명했다.

이 연구는 국제학술지 '사이언스 어드밴시스' 4월 6일자 논문으로 게재됐다.