반도체식 가스센서 실용화 앞당길 기술 나왔다

국내 연구팀이 차세대 가스센서로 꼽히는 반도체식 가스센서의 단점을 해결했다. 습기로 인한 감도 하락 문제를 해결하고 여러 가스가 함께 섞여 있어도 20ppb(물질의 농도 단위로 1ppb는 10억 분의 1)급 미량의 가스까지 감지하는 기술을 개발한 것이다. 반도체식 가스센서가 실용화에 가까워졌다는 기대가 나온다. 정영규 한국생산기술연구원 기능성소재부품연구그룹장 연구팀은 24일 “반도체식 가스센서 실용화를 위한 기반 기술을 개발했다”고 밝혔다. 미세먼지 예보 등 대기 질 관측이 일상화되며 공기 중 특정물질의 농도를 측정하는 가스센서 수요가 커지고 있다. 미국 시장조사전문기관인 ‘얼라이드 마켓 리서치’에 따르면 세계 가스센서 시장은 2019년 8억2310만달러(약 1조1038억원)에서 연평균 6.4% 성장해 2027년 13억3620만달러(약 1조7919억원)에 이를 것으로 예상된다. 반도체식 가스센서는 가스센서 중에서 크기가 작고 작동이 쉬우며 제조가 단순해 제작비용이 적게 드는 차세대 가스센서다. 여러 가스가 혼재돼 있으면 감지 신뢰성이 떨어지고 고온에서 화학적 내구성이 부족하다. 특히 습한 환경에서 감도가 낮아진다. 별도의 습기 제거 장치를 달아야 하는데 이 경우 센서 부피가 커지고 가격도 높아진다. 연구팀은 이런 문제를 해결했다. 거미줄 구조를 갖는 주석산화물 나노와이어 사이에 2차원(2D) 형태의 칼슘실리케이트를 성장시켰다. 주석 산화물은 전기 전도도가 크고 융점이 높은 세라믹 반도체 소재, 나노와이어는 지름이 나노 단위인 머리카락 형태의 원통형 선이다. 칼슘실리케이트는 시멘트의 원료로 보통 응집된 시트 형태로 존재한다. 이렇게 만들어진 주석산화물 나노와이어의 칼슘실리케이트는 대기의 물 분자를 흡착한다. 친수성을 띠게 만들어 습도 문제를 해결한 것이다. 주석산화물 나노와이어는 습기가 제거된 대기오염 물질을 감지한다. 연구팀은 지난 2020년에도 습기 문제를 해결한 반도칙 가스센서 기술을 개발한 바가 있다. 당시에는 유기 소재를 사용해 고온에서 화학적 내구성이 부족했다. 연구팀은 "이번엔 무기 소재로 바꿔 고온에서 화학적 내구성을 높였다는 것이 차이"라고 설명했다. 정 그룹장은 “다양한 현장에 미세먼지 측정 모니터링 시스템이 적용될 수 있도록 반도체식 가스센서 실용화 연구를 이어가겠다”고 밝혔다. 연구결과는 국제학술지 ‘위험물질저널’ 6월호에 공개됐다.

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