[더테크=조재호 기자] 국내 연구진이 녹색 빛을 가스 센서에 비춰 상온에서 최고 수준의 이산화질소 감지 성능을 보이는 것을 확인했다. 이를 활용해 실내조명을 통해 작동하는 초고감도 상온 가스 센서를 개발했다.

카이스트는 10일 김일두 신소재공학과 교수 연구팀이 가시광을 활용해서 상온에서도 초고감도로 이산화질소(NO₂)를 감지할 수 있는 가스 센서를 개발했다고 밝혔다.

금속산화물 반도체 기반 저항 변화식 가스 센서는 가스 반응을 위해 300℃ 이상이 필요해 상온 측정에 한계가 있었다. 이를 극복할 대안으로 금속산화물 기반 광활성 방식의 센서가 주목받고 있지만 인체에 유해한 자외선 내지는 근자외선 영역의 빛을 활용하는데 그쳤다.

김 교수 연구팀은 이를 녹색 빛을 포함한 가시광 영역으로 확대해 범용성을 크게 높이고 녹색광을 조사해 NO₂ 감지 반응성을 기존보다 52배 늘렸다. 이는 실내조명에 쓰이는 백색광을 조사해 최고 수준의 NO₂가스 감지 반응성(0.8 ppm, 감도=75.7)을 달성하는데 성공했다.

연구팀은 가시광선의 흡수가 어려운 인듐 산화물(In₂O₃) 나노섬유에 비스무스(Bi) 원소를 첨가해 청색광을 흡수할 수 있도록 중간 밴드갭을 형성하고 금(Au) 나노입자를 추가로 결착해 가시광 중 가장 풍부한 녹색광 영역에서의 활성도를 극대화했다.

비스무스와 금 나노입자 첨가 효과와 나노섬유가 갖는 넓은 비표면적 특성을 통해 상온에서 이산화질소 반응성을 기존 센서 대비 52배 증가시켰다.

이번 연구의 책임자인 김일두 교수는 “자동차 배기가스 및 공장 매연 등에서 배출되는 대표적인 대기 환경 유해가스인 이산화질소 가스를 우리 주변에서 일반적으로 접근할 수 있는 녹·청색광 영역의 가시광을 활용해 상온에서 초고감도로 감지할 수 있는 신소재를 개발했다”며 “가스 센서의 소비전력 및 집적화 문제를 해결할 수 있어 향후 실내조명 및 기기와의 결합을 통한 가스 센서의 상용화에 큰 역할을 할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이번 연구는 재료 분야 학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’에 3월 4일 온라인 공개됐으며 6월 13일 24호 전면 속표지(Inside Front Cover) 논문으로 발표 예정이다.