[대전=뉴스프리존] 이기종 기자= 한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 윤준보 교수 연구팀이 독자 기술로 개발한 나노 소재(나노린)를 통해 상시 동작이 가능한 초저전력 유해가스 감지 센서를 개발했다고 2일 밝혔다.

일산화탄소 등의 유해가스에 의한 안타까운 인명 사고는 과거로부터 현재까지 끊임없이 반복되고 있다.

과거 광부들은 유해가스로부터 생명을 지키기 위해 탄광에 들어갈 때마다 카나리아라는 새를 데리고 들어갔다.

카나리아는 메탄, 일산화탄소 가스에 매우 민감해 유해가스에 소량만 노출돼도 죽는다.

이로 인해 광부들은 카나리아의 노래가 들리면 안심하고 채굴했고 카나리아가 노래를 부르지 않을 땐 탄광에서 나와 스스로 생명을 지킬 수 있었다.

현재는 유해가스를 실시간으로 감지하는 예방 기술에 대한 대중의 관심과 수요가 꾸준히 증가하는 추세인데 학계에서도 유해가스 감지 센서 개발을 위한 연구가 활발하다.

특히 금속산화물을 기반으로 하는 가스 센서는 소형화에 유리하고 생산 단가가 저렴해서 관련 산업에 활용이 가능한 가스 감지 기술로 주목받아 왔다.

그러나 이 가스 센서는 수백 도 씨(℃) 내외의 고온에서 동작하기 때문에 히터를 통한 열에너지 공급이 필수적이고 이때 주변으로 방출되는 다량의 열과 히터의 높은 소비 전력 때문에 스마트폰과 같은 휴대용기기에 적용 가능한 실시간 가스 센서를 개발하기는 쉽지 않다.

또 나노 소재는 독특한 전기적, 화학적 특성 때문에 미래 센서 기술의 핵심 구성 요소로 주목받고 있지만 제조 방법상 크기를 제어하기가 쉽지 않고 원하는 위치에 정렬된 형태로 구현하는 것도 어렵다.

이번 연구팀이 이러한 제한점을 해결하기 위해 독자적인 나노 공정 기술을 통해 개발한 나노 소재인 나노린(Nanolene)를 활용 초저전력으로 언제, 어디서든 항상 사용이 가능한 감지 센서를 개발했다.

나노린(Nanolene)는 완벽하게 정렬된 나노와이어 다발들이 공중에 떠 있는 구조를 지칭하는 용어로 나노와이어의 Nanoline과 그래핀(graphene)과 같은 2차원 나노 재료의 접미사 ene을 합성해 탄생한 단어이다.

연구과정을 보면 우선 나노린을 초저전력 나노 히터에 활용했다.

이 과정에서 나노 소재가 지닌 고유의 열 고립 효과를 통해 기존 마이크로히터의 물리적 한계를 뛰어넘는 초저전력 고온 구동을 실현했다.

이후 나노 히터에 완벽하게 정렬된 형태의 금속산화물 나노와이어를 일체형으로 집적해 가스 센서로 응용했는데 스마트폰 내장에 적합한 수준의 낮은 소비 전력으로 일산화탄소 가스 검출에 성공했다.

윤준보 교수는 “상시 동작형 가스 센서는 언제 어디서나 유해가스의 위험을 알려주는 ‘스마트폰 속 카나리아’로 활용이 기대된다”고 말했다.

이 연구는 KAIST UP 프로그램과 한국연구재단의 중견연구자 지원사업을 통해 수행됐고 국제 학술지 어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)에 8월 12일 게재됐다.