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[IT뉴스]GIST, 빛으로 유해가스 감지하는 고감도 센서 개발

온카뱅크관리자

2026-03-26 09:57:30

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 상온·장기 안정성·성능 등 차세대 센서 숙제 대부분 풀어 
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 (지디넷코리아=박희범 기자)광주과학기술원(GIST)은 이상한 신소재공학과 교수와 이창열 고등광기술연구원(APRI) 수석연구원 연구팀이 차세대 반도체 소재 기반 가시광 가스센서 기술을 개발했다고 26일 밝혔다.
 센서가 민감하려면 가스가 센서 표면에 붙고 떨어지는 과정에서 전하 이동이 활발해야 한다. 그런데, 상온에서는 이러한 과정이 노이즈 등으로 제한적이어서 성능이 떨어지는 문제가 있었다.
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 <img alt="가시광으로 작동하는 고감도 가스 센서 원리. 가운데 그림처럼 나노입자를 얇은 유리막으로 감싸 미세기둥 위에 쌓아 올렸다.(그림=GIST)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/26/ZDNetKorea/20260326095103946mdhp.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="9Vn5BkWIyF" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/26/ZDNetKorea/20260326095103946mdhp.jpg" width="658">
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 가시광으로 작동하는 고감도 가스 센서 원리. 가운데 그림처럼 나노입자를 얇은 유리막으로 감싸 미세기둥 위에 쌓아 올렸다.(그림=GIST)
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 또한 기존 광 기반 센서는 주로 자외선(UV)을 필요로 하는데, 이에는 전력 소모가 크고 소재 열화(성능 저하)를 유발해 장기 안정성도 문제였다.
 연구팀은 이같은 문제를 유리막과 금속 산화물 재료로 해결했다. 빛을 받으면 전하를 만들어내는 아주 작은 알갱이(할라이드 페로브스카이트 나노입자)를 스펀지처럼 구멍이 많은 구조와 결합한 새로운 센서를 개발한 것.
 미세한 결정을 두께 약 2 nm(10억분의 1미터)의 매우 얇은 유리막(실리카 보호층)으로 감싼 뒤, 빨대처럼 구멍을 통해 공기가 잘 드나드는 기둥 형태의 금속 산화물 재료(주석) 위에 결합했다.
 연구팀은 빛을 받으면 전하가 많이 생성돼 전하 이동이 활발해지고 상온에서도 센서가 안정적으로 작동하는 것을 학인했다. 또한 실리카 보호층은 수분·산소 등 외부 환경으로부터 소재를 보호해 안정성을 더했다.
 구멍이 많은 금속 산화물 구조를 통해 가스가 더 잘 확산되고 표면에 많이 닿아 감지 성능도 향상됐다.
 연구팀은 이 센서를 어두운 조건(암조건)과 눈에 보이는 빛(가시광·녹색광)을 비추는 조건에서 이산화질소 감지 성능을 비교했다. 그 결과, 센서는 초미량(0.105 ppb)부터 고농도(10 ppm)까지 넓은 농도 범위에서 이산화질소를 감지했다. 이는 세계보건기구(WHO) 기준(13.3 ppb)의 약 127분의 1 수준까지 탐지 가능한 높은 민감도를 의미한다.
 특히 얇은 유리막인 실리카 보호층으로 인해 약 5주 이상 안정적으로 작동해 장기 안정성 성능도 확보했다. 가열 없이 상온에서 작동하며, 가시광만으로도 오염물질의 존재와 농도를 정밀하게 감지한다는 것이 연구팀 부연 설명이다.
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 <img alt="고감도 센서 개발 연구진. 왼쪽부터 GIST 이상한 신소재공학과 교수, 육연지 석박통합과정생, 고등광기술연구원 김도겸 박사후연구원, 이창열 수석연구원.(사진=GIST)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/26/ZDNetKorea/20260326095105223hmbf.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="tlh4nHb0vs" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/26/ZDNetKorea/20260326095105223hmbf.jpg" width="658">
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 고감도 센서 개발 연구진. 왼쪽부터 GIST 이상한 신소재공학과 교수, 육연지 석박통합과정생, 고등광기술연구원 김도겸 박사후연구원, 이창열 수석연구원.(사진=GIST)
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 이상한 교수는 "별도 가열 장치가 필요 없어 전력 소모를 줄일 수 있기 때문에 휴대용 센서, 스마트 기기, 실내 공기질 관리 시스템 등에 활용될 것"으로 기대했다.
 공동 연구자인 이창열 고등광기술연구원 수석연구원은 “기존 태양전지·발광소자뿐 아니라 가스 센서 등 다양한 광전자 소자로의 확장 가능성을 보여준 사례”라고 밝혔다.
 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 '어드밴스드 펑셔널 머티리얼스'에 온라인으로 게재됐ㅎ다.
 한편 GIST는 이번 연구 성과가 산업적으로 응용 가능하다는 판단에 따라 기술사업화실 기술이전 협의 목록에 올려놨다.
 박희범 기자(hbpark@zdnet.co.kr)
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