음주상태를 즉각 확인하거나, 차량의 시동 잠금장치에도 적용할 수 있는 고감도 에탄올센서가 개발됐다.
한국연구재단은 대구경북과학기술원(DGIST) 권혁준 교수팀이 금속유기구조체에 레이저 공정을 적용, 상온에서 다양한 농도의 에탄올을 즉각적으로 감지할 수 있는 에탄올센서를 개발했다고 1일 밝혔다.
금속유기구조체(MOF)에 직접 레이저 조사를 통해 얻어진 금속산화물/탄소 합성물 기반 에탄올 센서 제작의 모식도. 한국연구재단 기존 고성능 에탄올센서는 일반적으로 250℃ 이상에서 작동하기 때문에 측정준비에 시간이 소요되고, 전력 소모도 커서 빠른 사용에 제한이 있었다.
연구팀은 금속과 유기물이 규칙적으로 배열된 금속유기구조체에 미세 레이저 광열공정을 수행, 금속산화물/탄소 하이브리드 구조의 고성능 에탄올 센서 제작에 성공했다.
제작한 에탄올센서는 기존 기능성 물질 제작 시 걸림돌로 작용했던 불균일성 및 패터닝의 한계를 효과적으로 해결한 것으로, 상온에서 최대 3,400㏙의 고농도는 물론 수 ㏙ 수준의 저농도까지 감지할 수 있다.
특히 선택성 및 열안정성 확보로 산업현장의 에탄올 누출 알람, 음주단속 시 날숨을 통한 알코올 감지 등 다양한 분야에서 즉각적 모니터링이 가능하다.
아울러 이번 연구에서 차세대 가스센서 물질로 주목받는 금속유기구조체 파생물의 소형화 및 패터닝에 성공함에 따라 향후 전자코(E-nose) 등 첨단 사물인터넷(IoT) 진단 및 데이터 분야에서 폭넓게 활용될 전망이다.
가) 상온에서 다양한 농도(170-3,400㏙)의 에탄올 가스에 대한 즉각적인 반응-회복 곡선. 나) 레이저 공정을 활용하여 프로그래밍 가능한 마이크로 패턴 (비행시간형 이차이온질량분석 이미지). 다) 타 휘발성 유기화합물 및 교란 가스에 대한 에탄올 선택성. 라) 극한환경에서의 응용을 위한 열적 안정성 시험. 마) 농도에 따른 저항변화의 선형성. 한국연구재단 권 교수는 “이번 성과를 차세대 IoT 플랫폼에 적용하기 위해 에탄올센서에 유해가스센서 또는 압력센서 등 다른 물리센서와 통합하도록 후속 연구를 진행, 안전 및 질병관리 시스템 구축의 기반을 제공할 계획”이라고 밝혔다.
