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심영석 교수 참여 연구팀,

유해가스 잡는 고성능 가스센서 어레이 개발

•   - 저 농도의 아세톤, 톨루엔, 암모니아, 황화수소 감지·분별 기술 개발

   - 실내 공기질 측정에 필요한 고성능 전자코(electronic nose) 실현 가능 기대

•   - 영국왕립화학회 발간 학술지 ‘Journal of Materials Chemistry A’에 논문 게재

신소재공학부 심영석 교수가 참여한 국내 연구팀이 다종의 유해가스를 감지하고 분별할 수 있는 고성능 가스센서 어레이를 개발해 주목받고 있다.

심영석 교수는 이번 연구에 교신저자로 참여했으며, KAIST 전석우 교수, 이진호 박사과정 연구원, 연세대학교 전성찬 교수 등과 함께 연구를 진행했다. 이번 연구 결과는 영국왕립화학회가 발간하는 국제 저명 학술지 ‘Journal of Materials Chemistry A’ 2021년(Issue 2)에 게재됐다. (논문명: High-performance gas sensor array for indoor air quality monitoring: the role of Au nanoparticles on WO3, SnO2, and NiO-based gas sensors)

코로나19의 장기화와 한파로 야외활동보다는 실내에서 보내는 시간이 늘어났다. 휘발성유기화합물(Volatile organic compounds, VOCs), 암모니아, 황화수소는 실내에서 발생하기 쉬운 유해가스다. 저농도에도 장시간 노출되면, 심각한 호흡기 질환, 후신경과 중추신경계에 손상을 초래한다.

연구팀은 Soft-template 방법을 기반으로 유해가스와 반응할 수 있는 면적을 증가시킨 나노돔 형태의 WO3, SnO2, NiO 소재를 제작했다. 전자빔 증착법을 이용해 소재 표면에 나노입자 크기의 금 촉매를 코팅함으로써 아세톤, 톨루엔, 암모니아, 황화수소를 분별할 수 있는 고성능 3x3 가스센서 어레이 제작에 성공했다.

연구팀은 제작된 3x3 가스센서 어레이를 다양한 동작 온도에서 유해가스에 노출하는 실험을 진행했다. 아레니우스식(Arrhenius equation)과 주성분 분석(Principal component analysis, PCA)을 이용해 유해가스와 감지소재의 감지·분별 결과를 확인했으며, 금 촉매의 역할을 규명하는 데도 성공했다.

심영석 교수는 “최근 실내공기질 모니터링의 중요성이 커지기 시작하고, 실내 유해가스가 건강까지 위협하고 있는 문제로 대두되고 있다”라며 “이번 연구를 통해 개발된 기술은 실내공기질 모니터링에 활용할 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 분야에 적용될 수 있는 전자코(Electronic nose)의 원천기술이 될 것으로 기대된다”고 말했다.

한편 이번 연구는 국토교통부의 국토교통기술촉진연구사업과 한국연구재단 원천기술개발사업 나노소재기술개발사업 지원을 통해 이뤄졌다.