소재강국을 실현하는 글로벌 종합 소재연구기관

언론보도

연구성과 | 재료硏-KISTI-부산대, 고선택성 가스 센서 소재 개발 및 원리 규명

페이지 정보

작성일22-08-08 08:04 조회214회

첨부파일

본문

커버이미지_재료硏-KISTI-부산대, 고선택성 가스 센서 소재 개발 및 원리 규명

반도체 센서 기술 국산화에 한 발 더 가까이!

재료硏-KISTI-부산대, 고선택성 가스 센서 소재 개발 및 원리 규명


□ 과학기술정보통신부 산하 정부출연연구기관인 한국재료연구원(KIMS, 원장 이정환/ 이하 재료연) 에너지전자재료연구실 최진우 박사 연구팀, 한국과학기술정보연구원(이하 KISTI) 김한슬 박사 연구팀, 부산대학교 이형우 교수 연구팀은 공동 연구를 통해, 고선택성 가스 센서 소재의 반응 원리를 규명하고 이를 통해 광학적 및 전기적으로 동시 측정이 가능한 다중 응답형 고선택성 가스 센서를 세계 최초로 개발하는 데 성공했다.


□ 기존의 반도체 가스 센서 소재는 표면에 가스가 흡착됐을 때의 전기적 저항 변화를 통해 가스를 검출한다. 저항이 가스 종류에 상관없이 변화해 선택성이 낮고, 대부분 전기적 특성 변화라는 단일 지표만을 사용해 그 활용성에 한계가 있다. 연구팀은 특정 가스에 노출 시, 결정구조가 변화하는 신소재를 개발하고 이를 기반으로 색과 저항이 동시에 바뀌는 고선택성 가스 센서를 제작했다.


□ 연구팀은 독성이 없는 구리(Cu) 기반의 친환경 메탈 할라이드 박막 소재인 세슘카파아이오다이드(Cs3Cu2I5)를 합성했다. 그리고 슈퍼컴퓨터 기반의 시뮬레이션을 통해 본 소재가 가역적으로 변하는 특성을 가질 수 있음을 규명하고, 물 분자가 효율적인 결정 변화 자극제가 된다는 사실을 입증했다. 또한 본 이론을 기반으로 센서 소자를 설계 및 제작함으로써, 해당 소자가 물 분자 검출에 탁월함을 확인하고 전기적 특성과 색 변화를 동시에 활용해 서로 다른 극성을 가진 다양한 알코올을 성공적으로 구분하는 데 성공했다.


□ 세계 가스 센서 시장규모는 2021년 10억 달러를 기록했으며, 매년 7.5%가량 성장할 것으로 예측된다. 반도체 가스 센서 기술은 경량화, 소형화, 대량 생산에 적합해 모바일, 사물인터넷(IoT), 농·축산업 등 다양한 분야에 활용할 수 있다. 본 기술은 결정구조 변화형 소재를 활용한 새로운 센서 개념과 실증사례를 세계 최초로 제시했다는 측면에서 큰 의미가 있다.


□ 연구책임자인 재료연 최진우 선임연구원과 KISTI 김한슬 선임연구원은 “해당 연구는 반도체 센서 소자 및 유관 신소재의 새로운 개발 방향을 제시한다는 점에 주목해야 할 것.”이라며, “이번에 개발한 센서 소재는 다중 응답 특성을 가져 향후 농·축산, 의료, 모바일 등 다양한 산업 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.”라고 말했다.


□ 본 연구성과는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 한국재료연구원 주요사업, 한국과학기술정보연구원 국가슈퍼컴퓨터 5호기 R&D혁신지원프로그램, 과학기술정보통신부 기초연구사업 등을 통해 수행됐다. 또한, 연구결과는 소재 분야의 세계적인 학술지인 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advance Functional Materials)誌에 7월 11일자 표지논문으로 게재됐다.


□ 연구팀은 현재 광-전기 응답성을 복합적으로 활용해 선택성을 극대화하는 연구를 수행하고 있으며, 또한 새로운 결정 소재를 합성해 다양한 가스에 대응할 수 있도록 노력 중이다.

사진파일_물 분자에 의해 결정구조가 변화하는 모습을 나타낸 도식도사진파일_어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advance Functional Materials)誌 논문 표지