국내 연구진이 초저농도의 이산화질소를 높은 습도에서도 감지가 가능한 가스센서 소재를 개발해 대기환경모니터링 분야 등에서 즉각 활용이 가능할 전망이다.

한국세라믹기술원(산업통상자원부 산하)은 지상수 박사와 부산대학교 강준희 교수 공동 연구팀이 초미량의 가스 농도를 감지할 수 있는 가스센서 소재 개발에 성공했다고 2일 밝혔다.

최근, 미세먼지 문제 등 공기 질에 대한 국민 관심이 높아지면서 유해가스 중 하나인 이산화질소(NOX)를 감지할 수 있는 센서 개발에 대한 수요도 증가하고 있다.

이산화질소 가스의 경우, 0.01%(100 ppm) 정도의 농도에도 지속적으로 노출되면 기관지염, 폐기종, 위장병, 불면증의 원인이 되기도 하며, 혈당 감소 또는 헤모글로빈의 증가를 가져오는 등 인체에 해로운 영향을 미치기 때문에 초미량의 농도를 감지할 수 있는 센서 개발이 중요성이 더욱 커지고 있다.

그러나 기존 이산화질소 센서는 초미량에 대한 감지가 쉽지 않고 습도가 높은 환경이거나 다른 가스와 섞여있을 시, 성능이 현저히 저하되는 문제가 있었다.

이에 지상수 박사 연구팀은 주석 셀레나이드 화합물을 제조해 초미량의 가스도 감지하는 센서의 소재를 개발하는데 성공했다.

지상수 박사 연구팀은 이산화질소의 감지 특성이 우수하지만 내습성 및 초미량 가스 감지에 대한 품질이 낮은 주석 셀레나이드 화합물에 집중해 다양한 테스트 과정을 거치며 활용 가능성을 확인했으며, 단점을 보완하기 위해 화학적 개질 특성을 가진 특수 첨가제를 적용해 결함이 적고 품질이 우수한 새로운 형태의 주석 셀레나이드 화합물을 제조했다.

그 결과, 이산화질소의 농도가 약 12.5 ppb(10억분의 1)의 초저농도에서도 감지가 가능하고, 습도가 높은 상황에서 주변 다른 가스의 농도가 이산화질소보다 약 500% 가량 높게 존재해도 일정한 성능을 보이는 것을 확인했다.

세라믹기술원 지상수 박사는 “이산화질소 센서의 습도 안정성 및 내구성 난제를 극복한 소재를 제시했다”며, “이는 대기환경모니터링 센서로 즉각 활용 가능하며, 인체의 날숨 내 초저농도의 가스를 분석해 질병을 조기진단하는 센서에도 활용될 것으로 기대된다”고 말했다.

한편, 이번 연구는 산업부의 “세라믹 기반 기술개발 사업”과 환경부의 “환경기술개발사업”의 지원받아 달성한 성과로, 미국화학회(American Chemical Society)에서 발행하는 센서 분야 세계적 권위 국제학술지인 에이씨에스 센서스(ACS Sensors) '25년 3월호 표지 논문으로 선정됐다.