▲ 가스 센서 구조 모식도.

안정성이 향상된 산화, 환원그래핀 광섬유 가스 센서가 개발돼 향후 환경친화적이고 효율성 높은 가스센서의 적용이 가능할 것으로 기대된다.

미래창조과학부(장관 최문기)는 국내 연구진이 높은 습도나 강산성 등 극한의 환경에서도 작동할 수 있는 고감도 가스센서 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

이번에 개발된 센서는 아세톤, 메탄올, 에탄올, 테트라하이드로퓨란 등 각동 휘발성 유기화합물을 선택적으로 감지할 수 있고, 여러 극한 환경에서도 감도를 유지할 수 있어 산업폐기물이나 폭발물 감지 등의 용도로 활용될 것으로 예상되고 있다.

금속 산화물이나 탄소나노튜브를 이용하는 기존 가스센서는 습도가 높으면 작동하지 않았다. 이에 물과 잘 섞일 수 있는 안정적인 물질을 이용해 습도 등에 영향을 받지 않는 가스센서를 개발하는 것이 관건이었다.

연구팀은 고분자 광섬유로 된 반사탐침에 산화그래핀 또는 환원그래핀으로 된 감지층을 코팅한 광학 가스센서를 개발했다. 환원그래핀을 이용한 가스센서는 있었지만, 산화그래핀을 이용한 것은 이번이 처음이다.

개발된 산화그래핀 가스센서는 일반 광학가스센서와 달리 90% 이상 고습환경에서도 작동했는데, 이는 산화그래핀 표면의 다양한 산소작용기가 친수성을 띄어 높은 습도에서 흡수된 화합물과의 상호작용이 가능하기 때문이다.

또한, 여러 산성도 환경(pH 1, 5, 7, 11)에서도 감지능력을 유지했다. 높은 산성과 염기성 환경에서는 산소작용기가 양성 또는 음성을 갖게 돼 감도를 더 높게 만든다는 특징이 있다.

이번 연구를 수행한 이효영 성균관대학교 화학과 교수는 “물에 잘 섞이고 전기가 흐르지 않는 산화그래핀을 이용할 경우 물에 잘 섞이지 않고 전기가 흐르는 환원그래핀 보다 더 감도가 높았다”며 “서로 다른 표면 특성으로 각각 다른 화합물을 감지할 뿐만 아니라 감도에도 차이가 있었다”고 설명했다.

한편, 성균관대학교 화학과 이효영 교수와 수라지트 솜 박사(제1저자) 연구팀이 수행한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 리더연구자지원사업(창의적연구)의 지원으로 수행됐고, 연구결과는 네이처 자매지 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 6월5일자 온라인판에 게재됐다.