수소연료 안심 사용에 한걸음 더...초소형 수소감지센서 개발

2018.04.04 15:43
KAIST 연구진이 개발한 수소센서(왼쪽), 수소센서를 전자현미경으로 촬영한 사진(가운데, 오른쪽). KAIST 제공.
KAIST 연구진이 개발한 수소센서(왼쪽), 수소센서를 전자현미경으로 촬영한 사진. KAIST 제공.

수소 누출 여부를 손쉽게 감지할 수 있는 초소형 수소센서를 국내 연구진이 개발했다. 수소는 폭발이 잘 일어나는데다 가볍고 누출을 막기도 쉽지 않다. 수소를 연료로 사용하려면 안전장치에 쓸 고성능 수소 센서가 반드시 필요하지만 지금까지 개발된 수소센서는 크기가 크고 성능도 부족해 실용화의 걸림돌이 돼 왔다.

 

KAIST 기계공학과 박인규 교수팀은 같은 학교 신소재공학과 정연식 교수 팀과 공동으로 가볍고 성능이 뛰어난 새로운 수소센서를 개발했다고 4일 밝혔다. 제작과정이 단순하고 가격도 저렴해 실용화되면 휴대용 장치로 손쉽게 만들 수 있을 것으로 보인다. 수소의 보관, 운송이 필요한 대부분 시설에 손쉽게 적용할 수 있으리라 기대된다.

 

연구팀은 수소센서 개발을 위해 폴리스티렌(Polystyrene)’이란 물질을 활용했다. 수백 nm(나노미터, 1nm10억분의 1m) 크기로 미세하게 가공하면 스스로 인력이 생겨 일정한 형태를 이루는 자기조립’ 특성을 갖고 있다는 사실에 주목했다.

 

이렇게 만든 극미세 폴리스티렌 구슬을 실리콘 기판 위에 뿌려두고, 저절로 형태를 갖추면서 배열되는 성질에 따라 수소센서로 쓸 수 있는 형태가 자연히 만들어지도록 유도한 것이다.

 

연구진은 이렇게 만든 센서를 수소가스에 노출하면 전기저항의 변화가 생겨나고, 이를 전기적 신호로 감지할 수 있다는 사실도 알아냈다. 실험 결과 50nm 이하 선폭을 갖는 극미세 회로로 수소센서를 만드는데 성공했다. 공기 중 0.1%의 수소만 있으면 5초 이내애 반응한다. 기존 기술보다 50% 이상 빠르고 민감도 역시 10배 이상 높았다.

 

박인규 교수는 단순한 방법으로 초미세 나노패턴 구현이 가능한 것으로 수소센서 뿐 아니라 다양한 화학, 바이오센서에도 응용이 가능할 것이라고 말했다.

 

이번 연구는 나노 분야 국제 학술지 스몰(Small)’ 38일자 표지논문으로 선정됐다.

 

 


 

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