한기대 심영석 교수 연구팀, ‘초고감도 가스 센서’ 개발 화제

[충청뉴스 유규상 기자] 한국기술교육대학교(KOREATECH·총장 유길상) 에너지신소재화학공학부 심영석 교수 연구팀이 사람의 숨 속에 포함된 미세한 성분을 정밀하게 감지할 수 있는 고성능 가스센서를 개발했다.

주저자인 석사과정 정재한 학생과 함께 수행한 이번 연구성과는 SCI(E)급 국제 학술지 Chemical Engineering Journal 온라인판에 이어 3월 15일 발간호에 게재된다.

사람의 호흡에는 아세톤과 같은 휘발성 물질이 소량 포함되어 있다. 이러한 성분은 인체 대사 상태와 관련이 있어, 정밀하게 측정할 경우 건강 상태를 분석하는 데 활용될 가능성이 있다. 하지만 숨 속에는 수분이 많고 여러 가지 물질이 함께 섞여 있어 정확한 측정이 쉽지 않았다.

연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 ‘나노나선(nanohelices) 구조’라는 특수한 형태의 센서를 설계했다. 나선 모양의 아주 작은 구조물이 여러 겹 쌓여 있어, 가스 분자가 센서 표면에 더 자주 부딪히도록 만든 것이 핵심이다. 그 결과 기존 평평한 구조의 센서보다 약 80배 이상 민감하게 반응하는 성능을 보였다.

또한 촉매 역할을 하는 Co₃O₄(산화코발트)를 아주 얇게 덧입혀 감지 능력을 더욱 향상시켰다. 이를 통해 극히 적은 농도까지 구분할 수 있게 되었으며, ppt(Parts Per Trillion. 조 단위 농도) 수준까지 감지가 가능한 것으로 확인됐다.

특히 습도가 높은 환경에서도 비교적 안정적인 성능을 유지했으며, 약 8개월에 가까운 장기 시험에서도 초기 성능의 대부분을 유지하는 결과를 보였다. 이번 연구 성과는 향후 호흡 분석을 통한 건강 모니터링, 환경 감시 기술 등 다양한 분야로 확장될 것으로 기대된다.

심영석 교수는“이번 연구는 숨 속에 포함된 매우 미세한 성분을 정밀하게 측정할 수 있는 기술적 기반을 마련했다는 데 의미가 있다”고 말했다. 정재한 학생은“나노 구조를 정밀하게 제어하는 과정이 가장 어려웠지만, 세계적인 수준의 성능을 확인해 보람을 느낀다”고 밝혔다.

본 연구는 한국화학연구원, 홍익대학교, 한국생산기술연구원이 공동연구기관으로 참여했다.