우리 연구진이 수소가스 누출시 색상 변화로 이를 쉽고 빠르게 파악할 수 있는 가스 감응형 변색기술을 구현했다. 기존 저항식·전기화학식 센서의 큰 부피, 많은 전력소모, 높은 생산 단가 등 문제 해소가 가능할 전망이다.
한국과학기술연구원(KIST·원장 윤석진)은 박유신 센서시스템연구센터 박사팀과 유용상 고려대 바이오의공학과 교수팀이 공동연구로 이같은 성과를 냈다고 3일 밝혔다.
연구팀은 대기 중에 항상 존재하는 산소, 누출된 수소의 촉매 반응 및 이에 수반되는 물 생성 현상을 이용했다. 수소 감지센서 소재인 팔라듐 표면에 물이 생기면 센서 빛 공명과 반사에 영향을 줘 색상 변화도 유도한다.
문제는 팔라듐 표면에 흡착된 수소·산소 촉매 반응으로 생성된 물 분자가 바로 증발해 육안으로 관측하기 어렵다는 것이다.
연구팀은 수소·산소만 선택적으로 투과할 수 있는 고분자 박막의 위아래를 팔라듐 박막으로 감싸는 금속-고분자-금속 적층형 센서 구조를 개발했다. 이로써 박막 위에 나노미터(㎚) 두께 물 층이 형성되도록 했다.
이 기술은 염료 없이도 나노구조 규격을 조절해 원하는 색상을 쉽고 저렴하게 구현할 수 있다. 유리, 플라스틱 등 투명 기판에도 적용할 수 있고 수소 플랜트, 자동차 연료전지 시스템 등 좁고 복잡한 수소 배관이 지나가는 곳에도 쉽게 부착해 적용할 수 있다. 온도와 습도 등 주변 환경 변화에도 영향을 받지 않는다.
유용상 고려대 교수는 “센서가 보급되면 수소 폭발사고를 예방할 수 있어 수소 플랜트나 연료전지 가스 연결부를 제작하는 기업 수요가 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
박유신 KIST 박사는 “이번 성과는 기존 수소 센서기술 난제인 선명한 색상 변화를 구현할 수 있는 새로운 기술”이라며 “더 낮은 수소 농도에서도 빠르게 동작하는 고성능 변색 센서기술을 확보하는 것이 목표”라고 밝혔다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
