KAIST(총장 신성철)가 대기 중 1% 미만으로 존재하는 미세한 수소가스를 7초 안에 검출할 수 있는 초고속 탐지 센서를 개발했다. 검출에 보통 60초가 걸리는 기존의 센서를 대체, 수소 자동차를 비롯한 다양한 신소재 분야에 적용할 수 있을 것으로 보인다.
KAIST는 김일두 신소재공학과 교수팀이 미국 캘리포니아대 어바인 캠퍼스 화학과 연구팀과 함께 팔라듐 나노와이어에 가스 검출 능력을 높이는 금속 유기 구조체를 코팅하는 방법으로 초고속 수소가스 탐지 센서 개발에 성공했다고 26일 밝혔다.
수소가스는 수소 자동차 분야를 비롯한 다양한 분야에서 친환경 차세대 에너지원으로 주목받고 있지만 작은 스파크에도 폭발을 일으킬 수 있어 빠른 검출이 매우 중요하다.
수소가스 검출에는 팔라듐 센서가 쓰인다. 팔라듐과 수소가스가 반응하면 소재 표면에 '팔라듐 하이드라이드(pbh)'가 생성되고, 함께 발생하는 저항 값 차이로 수소가스 존재 여부가 탐지된다. 그동안 업계에서는 팔라듐 센서의 수소가스 탐지 시간을 앞당기기 위해 노력했다. 그러나 만족할 만한 성능은 구현할 수 없었다. 대기 중에 있는 다른 기체의 방해 때문이다.
연구팀은 기존의 팔라듐 센서에 다른 기체를 걸러 내는 금속 유기 구조체를 코팅하는 방법으로 문제를 해결했다. 금속 유기 구조체는 표면적이 넓고, 앞뒤로 통하는 많은 기공이 형성돼 있다. 0.34나노미터(㎚) 크기의 작은 구멍으로 기체 분자를 받아들인다. 운동 지름(다른 분자와 충돌을 일으키는 동역학 지름)이 약 0.29㎚인 수소 분자는 쉽게 받아들인다. 반면에 지름이 다른 기체의 분자는 효과 높게 걸러 낸다. 예를 들어 산소 분자의 크기는 약 0.35㎚다.
연구팀은 이 방법을 이용, 아주 적은 농도의 수소가스도 빠른 시간 안에 검출할 수 있는 센서를 만들었다고 설명했다. 검출 시간을 늘리면 600ppm의 수소가스도 검출할 수 있다.
김일두 교수는 “이번에 개발한 초고속 수소가스 탐지 센서는 친환경 에너지원인 수소가스 누출로 인한 사고 예방에 큰 도움을 줄 수 있다”면서 “대기 중에 있는 수많은 유해 가스를 초고성능으로 정확히 감지할 수 있는 고속 센서 소재 개발이 가능해졌다”고 말했다.
대전=김영준기자 kyj85@etnews.com
