사람의 폐를 모방해 미세먼지 주범인 이산화질소를 실시간 모니터링할 수 있는 센서가 개발됐다.
대구경북과학기술원(DGIST)은 권혁준 전기전자컴퓨터공학과 교수팀이 10억분의 1 수준의 초저농도 이산화질소를 실시간 측정할 수 있는 '그래핀-금속유기구조체 하이브리드 가스센서'를 개발했다고 13일 밝혔다.
미세먼지를 유발하는 주범 중 하나인 이산화질소는 심혈관계 질환과 퇴행성 뇌질환을 유발하는 치명적 물질이다. 이산화질소를 관리하기 위해선 이를 모니터링할 수 있는 센서 개발이 중요하다. 낮은 농도에서도 측정이 가능한지, 검출 속도가 얼마나 빠른지 등이 이산화질소 센서 성능을 결정한다.
기존 이산화질소 모니터링은 화학 발광식 측정소에서 이뤄져 부피가 크고 비용이 많이 들뿐더러 공간적 측정범위가 한정적이기 때문에 개인화된 대기오염 정보를 제공할 수 없다. 또한 반도체식 센서는 검출한계 기준을 충족하지 못하고, 높은 작동 온도를 요구해 상용화에 한계가 있다.
연구팀은 레이저유도그래핀(LIG)의 하부구조에 1g만으로도 축구장 만큼의 표면적을 가질 만큼 극도로 높은 나노-다공성을 갖는 금속유기구조체(MOF)를 선택적으로 성장시킨 하이브리드 구조를 제작해 실시간으로 초저농도 이산화질소 모니터링이 가능한 센서를 개발했다. 이 센서는 사람의 폐를 닮은 계층적 기공구조를 가져 표면적뿐 아니라 빠른 기체 교환에서도 우수한 성능을 확보했다. 실제로 기존 이산화질소 센서와 비교했을 때 가장 낮은 수준의 검출한계(0.168ppb)와 가장 빠른 반응 시간(15초)을 달성했다고 연구팀은 설명했다.
아울러 레이저 공정을 이용해 진공장비와 같은 복잡한 기반 시설 없이 간편하게 전극을 형성할 수 있고, 최대 1만 번 이상 구부려도 가스 센서 성능을 유지할 수 있는 유연한 구조이기 때문에 웨어러블 헬스케어 기기에 적용할 수 있다.
권혁준 DGIST 교수는 "앞으로 웨어러블 기기 등에 적용해 개인별로 맞춤화된 건강관리 정보를 제공할 수 있도록 후속 연구를 진행하겠다"고 말했다.
이 연구결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(지난달 30일)' 온라인에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr
대구경북과학기술원이 사람의 폐를 모방해 레이저유도그래핀-금속유기구조체 기반으로 개발한 '고성능 이산화질소센서' 개념도
