미세먼지 주범 '이산화질소' 실시간 관측하는 센서...사람의 폐 닮아

(서울=내외방송) 미세먼지의 주범이라고 꼽히는 이산화질소를 아주 적은 양으로도 실시간 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라 사람의 폐를 닮은 구조로 향후 웨어러블(착용 가능한) 기기로까지 응용할 수 있는 기술이 개발됐다.

DGIST(대구경북과학기술원)는 "권혁준 전기전자컴퓨터공학과 교수 연구팀이 사람의 폐를 본떠 10억 분의 1 수준의 초저농도 이산화질소를 실시간으로 모니터링할 수 있는 '그래핀(탄소로 만들어진 신소재)-금속유기구조체(금속과 유기물이 격자 모양으로 결합) 하이브리드 가스센서'를 개발했다"고 최근 밝혔다.

연구팀은 기존의 이산화질소 모니터링 방식이 갖고 있던 비용 문제 등을 해결하기 위해 '레이저유도그래핀'과 '금속유기구조체'를 주목해 하이브리드 구조 센서를 제작했다.

레이저유도그래핀의 하부구조에 1g만으로도 축구장만큼 넓은 표면적을 가질 수 있는 나노-다공성 금속유기구조체를 합쳐 실시간으로 초저농도 이산화질소를 모니터링할 수 있는 하이브리드 구조 센서가 만들어진 것이다.

특히, 이 센서는 사람의 폐와 닮은 계층적 기공(공기 구멍)구조다.

기공구조는 기체 교환을 빠르게 할 수 있어 센서의 성능을 결정하는 검출한계(검출할 수 있는 최소 질량으로 예민도를 나타냄)가 가장 낮은 수준이었고, 시간도 15초로 가장 빠른 반응 속도를 보였다.

또, 레이저 공정을 이용했기 때문에 복잡한 시설이 없어도 간편하게 전극을 형성할 수 있다는 것과 1만 번 이상을 구부려도 가스 센서의 성능이 유지되는 것이 확인됐다.

권 교수는 "앞으로 웨어러블 기기 등에 적용해 개인별 맞춤 건강관리 정보를 제공할 수 있을 것"이라고 말했다.

임형태 석박사통합과정이 제1저자로 참여한 이 연구는 과학기술정보통신부 등의 지원을 받아 수행됐으며 국제학술지인 '네이버 커뮤니케이션즈(Nature Communications)'에 최근 온라인 게재됐다(논문명: Semiconducting MOFs on Ultraviolet Laser-Induced Graphene with a Hierarchical Pore Architecture for NO₂ Monitoring).