이태윤 연세대학교 교수와 방창현 성균관대학교 교수 공동 연구팀이 자연계에 존재하는 곤충이 더듬이 구조를 모사해 전원 없이 동작하는 초고속 수소 센서 개발에 성공했다.
수소는 석유, 화학, 철강 등 산업 전반에 걸쳐 필수적인 원료로 사용되고 있다. 하지만 공기 중 농도 4% 이상만 되면 쉽게 폭발하는 특성 때문에 수소 누출 검지 시스템의 사용이 필수적이다. 현재까지 상용화된 수소 센서의 경우 대부분은 디스플레이, 스피커 등 부가 장치가 필요하다는 단점이 있다. 또한 수소 검지를 위한 전력 공급시에 수소가 누출되면 폭발 위험성이 커지는 것으로 알려졌다.
이러한 한계를 극복하기 위해 광학적인 신호를 사용, 수소 누출 여부를 육안으로 확인할 수 있는 방식의 센서가 개발됐으나 대부분 수소와 반응 물질간의 화학 반응 기반이기 때문에 응답속도가 느린 측면이 있다.
연구진은 전력을 필요로 하지 않으면서도 높은 민감도 및 고속의 반응속도를 가지는 수소 센서를 개발하기 위해 곤충의 더듬이 구조를 모사하여 나노섬유배열 구조를 지니고 있는 유연성 폴리머 위에 비대칭적으로 팔라듐을 코팅했다. 수소에 의해 나노섬유의 형태가 변화하는 수소 감응형 나노엑츄에이터(Nanoactuator)로, 부수적인 디스플레이 및 전원 장치 없이 맨눈으로 수소 가스 자극을 확인할 수 있다.
이번 연구 결과는 기존 석유, 화학, 철강 등과 같은 산업뿐만 아니라 수소스테이션, 수소 자동차, 연료전지 분산발전시스템과 같은 일상생활 분야까지 광범위하게 적용할 수 있다. 특히 기존 수소 센서와 뚜렷하게 구별되는 장점이 있어, 폭발적으로 성장하고 있는 수소 연료 전지 시장과 맞물려 높은 수요가 예상된다.
한편, 이 연구는 미래창조과학부의 중견연구자 도약사업 및 선도연구센터사업의 지원으로 수행됐다. 재료 분야 국제적 권위의 학술지인 ‘Advanced Functional Materials, Impact Factor = 12.124)’의 온라인판 표지 논문으로 선정됐다. 이태윤 연세대학교 전기전자공학부 교수(교신저자)와 방창현 성균관대학교 화학공학과 교수(교신저자)의 지도하에 한희탁 박사과정 학생(제1저자)이 주도해 진행됐다.
조아라 한경닷컴 기자 rrang123@hankyung.com
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