전력 없어도 작동하는 수소 감지 센서 나온다

2018.04.30 18:53
-사진 제공 한국연구재단
돌돌 말려 있던 나노 박막(a)은 투명하다(b,c). 하지만 수소를 만나면(b) 말려 있던 박막이 펴지며 마치 창문을 닫듯 유리를 가리고, 불투명해진다. 이 변화로 수소 누출을 탐지할 수 있다. -사진 제공 한국연구재단

폭발 위험이 있는 수소 누출을 사전에 쉽게 모니터링할 수 있는 센서가 국내 기술로 개발됐다. 전기를 사용할 필요가 없어 누전에 의한 폭발도 줄일 수 있다.

 

이태윤 연세대 전기전자공학과 교수와 중국 푸단대 공동연구팀은 수소와 만나면 모양과 빛 투과도가 변해 센서로 이용할 수 있는 나노미터 두께의 박막 소재를 만들어 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 4월 6일자에 발표했다.

 

수소는 화학, 섬유, 철강 등 주요 산업에서 원료로 쓰이고 있고, 수소연료전지 자동차 등에도 사용될 것으로 기대된다. 하지만 기체 상태로 대기 중에 누출될 경우 폭발 위험이 있다는 큰 단점이 있다. 대기중 농도가 4%만 돼도 폭발한다. 불의의 폭발 사고를 막기 위해 수소를 감지하는 센서도 개발돼 있지만, 대부분 모니터링을 위해 디스플레이나 스피커 등 전자 부품을 쓰기 때문에 전기에 의한 폭발 가능성이 남아 있었다. 이 문제를 해결하기 위해 전력을 사용하지 않는 광신호 방식 수소 센서도 개발돼 있지만, 탐지할 때까지 수~수십 분의 시간이 필요해 상용화가 어려웠다.
 
이 교수팀은 유리 위에 티타늄과 크롬, 팔라듐을 차례로 얆게 발라 나노 박막을 만든 뒤 돌돌 말아 이 문제를 해결했다. 맨 위 층에 있는 팔라듐 막은 수소 기체를 만나면 수 초 만에 부피가 10% 정도 팽창한다. 하지만 팔라듐 막 아래의 다른 재료는 팽창하지 않아, 박막 전체가 마치 주먹 쥔 손을 펼 때처럼 펼쳐진다. 펼쳐진 박막은 마치 문처럼 유리를 덮어, 원래 투명하던 박막이 50% 정도 불투명해진다. 수소 누출 여부를 맨눈으로도 확인할 수 있게 되는 것이다. 이 모든 과정은 수 초 안에 완료돼 위험 탐지 속도도 빨랐다.

 

연구 책임자인 이태윤 교수는 "단순한 수소 누출 경보 센서부터 정밀 수소 계측 장비, 미래형 디스플레이 등에 두루 응용할 수 있을 것"이라고 말했다.

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