광운대와 아주대 연구팀이 세계 최고 수준의 초고감도·고내구성 정전용량형 세라믹 기반 습도 센서 개발에 성공했다.
오종민 광운대 전자재료공학과 교수 연구팀과 김남영 광운대 전자공학과 교수 연구팀, 김상욱 아주대 응용화학생명공학과 교수 연구팀이 공동 연구를 통해 센서를 개발했다.
연구팀은 “최근 산업의 발전으로 가정은 물론 산업계에선 정밀 소재를 생산하는 공정 시설 내의 효율적인 에너지 관리 및 유비쿼터스 센서 시스템을 실현하기 위해 습도 환경 정보의 변화를 정밀하게 감지할 수 있는 습도 센서가 중요해지고 있다”고 설명했다.
세라믹 기반 정전용량형 습도 센서는 물리적, 화학적 및 열적으로 안정하여 향후 다양한 분야에서 활용될 습도 센서의 주종을 이룰 것으로 기대된다. 세라믹 기반 습도 센서는 저습 영역에서의 낮은 민감도·선형성 및 고온 공정 등으로 높은 비용이 소모된다는 한계가 있었다.
오종민 광운대 교수 공동 연구팀은 세라믹 재료의 고내구성을 유지하고 계면 분극의 극대화로 인한 전체 습도영역의 민감도 및 선형성을 향상시키기 위해 신규 BaTiO3/CsPb2Br5 세라믹 나노 복합 재료를 설계 및 합성했다. 이 복합 재료를 상온 필름 증착 기술인 에어로졸 데포지션 공정을 통해 나노 복합 필름 제작 기술을 신규 개발했다. 시뮬레이션으로 최적 설계된 기판상에 고속으로 필름을 형성한 후 정밀 습도 측정 장비를 통해 21426 pF/RH％의 초고감도, 0.991의 높은 선형성, 70 RH％이상 고습에서의 고내구성 특성(변화율: ~3%) 등의 우수한 성능을 확인했다. 새로운 습도 감지 메커니즘을 규명했다.
오종민 교수는 “이번에 개발한 초정밀 습도 센서는 지구온난화로 인한 급격한 기상이변을 대비할 수 있는 기상예보시스템 분야와 미래 스마트 건축물의 효율적인 소비 에너지 제어·관리 분야 등 다양한 곳에서 차세대 환경 센서로 활용될 것”이라고 밝혔다.
이번 연구는 2019년도 정부의 재원들과 광운대의 교내연구비 지원으로 수행됐다. 그 성과를 인정받아 와일리 (Wiley) 에서 발행하는 권위 있는 국제학술지인 어드밴스드 펑셔널 머티리얼스 (Advanced Functional Materials, IF=15.621) 이달 20일자 온라인 판에 게재됐다.
전지연기자 now21@etnews.com
