우리 연구진이 전량 해외에 의존하던 안전 모니터링 센서 기술을 우리 손으로 개발, 시제품 제작까지 성공했다.
한국원자력연구원(원장 주한규)은 국가 기반산업 핵심 설비 안전을 상시 모니터링할 수 있는 압전형 센서 소재·부품 원천 기술을 개발하고, 국내외 인증을 획득했다고 8일 밝혔다.
원자력 발전, 중화학 플랜트, 철도·교량 등 국가 기반산업 핵심 설비는 오랜 기간 설비 충격, 진동, 결함 등 이상 상태를 상시 모니터링하는 것이 중요하다. 외부 충격에 전기적 신호를 발생시켜 정보를 실시간 제공하는 압전형 센서가 필요하다.
다만 소재, 부품 기술이 취약해 미국, 유럽 등 기술 선진국 제조사로부터 센서를 전량 수입하고 있었다.
더욱이 이런 센서는 납(Pb)이 함유된 '납 티탄산 지르코늄(PZT)'이라는 압전세라믹 소재로 만들어 친환경 소재 개발 및 제품화 경쟁이 치열하다.
이에 이민구 기기안전진단연구부 박사팀은 2017년부터 기초 핵심 소재인 친환경 압전 소재부터, 디자인, 부품 제작 기술까지 센서 원천 기술 개발에 집중해 왔다.
PZT를 대체할 친환경 소재로 주목받는 '칼륨 소듐 니오베이트(KNN)'에 미세 도핑 방식으로 비스무트(Bi)계 화합물을 첨가해 압전성이 우수한 소재를 만들었다. 이후 개발 소재 적용 센서가 감도, 주파수, 안정성 측면에서 최적 성능을 발휘하도록 디자인했고, 센서 내 복잡한 구성부품 제작, 조립, 가공기술을 최적화하는 데 성공했다.
개발 센서는 원전 등 다양한 산업 설비의 이상진동, 이물질 충격 등을 감시할 수 있는 직경 2㎝, 높이 6㎝ 가량 가속도계 센서 2종과 배관 등 누설6결함을 탐지할 수 있는 직경 2~3㎝, 높이 2~4㎝가량 음향방출형 센서 2종이다.
올해 초 한국인정기구(KOLAS) 공인시험을 거쳐 기존 PZT 기반 상용 제품을 대체할 수 있는 성능을 확인했다. 즉시 상용화가 가능한 수준이다.
국내 KC 인증과 유럽 CE 인증, 친환경성 인증인 유럽 RoHS 인증도 7월 획득했다. 국내 특허 등록 2건과 출원 2건도 마쳤으며, 현재 국내 상표 등록과 미국, 유럽 등 해외 특허 등록이 진행 중이다.
관련 연구는 2018년 '국가연구개발 우수성과 100선', 2019년 '출연연 우수성과 10선'에도 선정된 바 있다.
최영철 기기안전진단연구부장은 “향후 개발된 센서 제품을 각종 산업 설비에 적용하고자 다양한 사업화 방안을 모색하는 중”이라며 “고온과 방사선 등 극한 환경에서도 안정적으로 작동하는 친환경 특수 센서 개발에 이번 기술을 연계 활용해나갈 것”이라고 밝혔다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
