고려대, 수소 가스 누출 감지하는 광센서 개발

[이데일리 신하영 기자] 고려대 연구진이 수소 가스의 극미량 누출도 확인이 가능한 광센서 기술을 개발했다.

왼쪽부터 유용상 교수, 서민아 박사(사진=고려대 제공)

고려대는 유용상 바이오의공학부 교수가 서민아 한국과학기술연구원(KIST) 박사와의 공동 연구에서 이러한 성과를 거뒀다고 20일 밝혔다. 이번 연구는 고려대 교내 연구사업과 한국연구재단 중견연구자사업 등의 지원을 받아 수행했다. 연구 결과는 재료분야 저명 국제학술지(Advanced Materials) 11월 23일자로 게재됐다.

수소는 차세대 친환경 에너지원으로 꼽힌다. 연소 후 유독성 기체를 배출하지 않으면서도 높은 에너지 효율을 보이기 때문이다.

문제는 폭발·누출 위험성이 상존한다는 점이다. 무색무취한 특성에 모든 분자 중 가장 가벼워 누출이 용이해서다. 밀폐된 공간에서는 4% 이상 농축되면 폭발할 위험도 있다.

연구진이 개발한 신개념 테라헤르츠 광센서 기술은 상온·상압에서 0.25% 수준의 수소가스 극미량 누출도 확인할 수 있는 기술이다. 주파수 대역이 넓어 가스 분자의 고유 진동에 민감한 분광법에 활용할 경우 미세한 누출 확인이 가능한 테라헤르츠 전자기파를 이용했기 때문이다. 다만 테라헤르츠파는 극미량 존재하는 가스와의 낮은 상호작용 확률 등으로 가스를 직접 검출하는데에는 어려움이 따른다.

연구진은 이를 극복하기 위해 자기파의 특정 대역 신호를 증폭시키는 메타물질을 이용했다. 극미량의 가스에 의한 테라헤르츠 광신호의 변화를 민감하게 측정하는 가스 검출 센싱 플랫폼을 개발한 것이다. 유용상 고려대 교수는 “정량적 분석까지 가능한 테라파 측정기술과 시너지를 통해 금속 표면에서 일어나는 기체 흡·탈착 과정과 분자 단위의 화학반응 메커니즘을 시각적으로 확인할 수 있는 가능성을 열었다”고 말했다.

서민아 KIST 박사는 “이번 연구 결과는 수소 가스 누출을 실시간 정량적으로 검출할 수 있는 기술의 검출 한계를 극도로 끌어올린 것”이라며 “더불어 기존의 접촉식 센서의 어려움을 극복하는 신개념 비접촉식 광센서 기술을 비파괴 전자기파 대역에서 확보했다는 데 의미가 있으며 더 높은 민감도와 상용화 수준의 광센서를 개발하기 위해 후속 연구 중”이라고 밝혔다.