탄광속 '카나리아'처럼···스마트폰으로 유해가스 노출 알아낸다

[이데일리 강민구 기자] 국내 연구진이 밀폐된 공간에서 유해가스를 감지해 안전사고를 사전에 방지할 수 있는 초저전력 유해가스 감지 센서를 개발했다. 과거 광부들이 탄광에 들어갈 때마다 카나리아라는 새를 활용해 유해가스 노출 여부를 확인했던 것처럼 스마트폰 내장 센서를 활용해 안전을 지킬 수 있게 될 전망이다.

한국과학기술원(KAIST)은 윤준보 전기·전자공학부 교수 연구팀이 독자 기술로 개발한 나노 소재 ‘나노린’을 통해 상시 동작이 가능한 초저전력 유해가스 감지 센서를 개발했다고 1일 밝혔다.

일산화탄소 등 유해가스에 의한 인명 사고는 현재까지도 계속 반복되고 있다. 이를 막기 위해 유해가스를 실시간 감지하는 예방 기술에 대한 대중 관심과 수요가 증가하고 있고, 학계에서도 유해가스 감지 센서 개발을 위한 연구가 이뤄지고 있다.

금속산화물 기반의 가스 센서는 소형화에 유리하고, 생산 단가가 저렴해서 관련 산업에 활용 가능한 가스 감지 기술로 주목받았다. 가스 센서는 수백 도 내외의 고온에서 동작하기 때문에 히터를 통한 열에너지 공급이 필수적이다.

이때 주변으로 방출되는 다량의 열과 히터의 높은 소비 전력 때문에 스마트폰과 같은 휴대용기기에 사용할 실시간 가스 센서를 개발하기는 쉽지 않다. 윤 교수팀은 독자적인 나노 공정 기술을 통해 개발한 나노 소재 ‘나노린’으로 초저전력으로도 언제 어디서든 사용 가능하도록 했다.

나노 소재는 독특한 전기적, 화학적 특성 때문에 미래 센서 기술의 핵심 구성 요소로 주목받고 있지만, 제조 방법상 크기를 제어하기가 쉽지 않고 원하는 위치에 정렬된 형태로 구현하기 어렵다. 윤 교수팀이 개발한 기술은 기존 나노 소재 제작 방법과 달리 일반 반도체 공정을 기반으로 제작하기 때문에 대량 생산도 가능하다.

연구팀은 나노린을 초저전력 나노 히터에 활용하고, 시험과정에서 기존 마이크로히터의 물리적 한계를 뛰어넘는 초저전력 고온 구동도 검증했다. 특히 나노 히터에 완벽하게 정렬된 형태의 금속산화물 나노와이어를 일체형으로 집적해 가스 센서로 응용해 스마트폰 내장이 가능한 수준의 낮은 소비 전력으로 일산화탄소 가스를 검출했다.

윤준보 교수는 “상시 동작형 가스 센서는 언제 어디서나 유해가스의 위험을 알려주는 ‘스마트폰 속 카나리아’로 활용할 수 있을 것”이라고 기대했다.

연구결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 지난달 12일자 온라인으로 게재됐다.

표지 그림.<자료=한국과학기술원>