대구경북과학기술원(이하 DGIST)이 마스크 등에 부착해 유해가스를 실시간으로 감지할 수 있는 웨어러블 가스센서 기술을 개발했다.25일 DGIST에 따르면 화학물리학과 이성원 교수 연구팀은 고분자 나노섬유 위에 그래핀 나노월을 직접 성장시킨 ‘나노-온-나노’ 구조를 개발해 웨어러블 가스센서의 감지 성능을 높이는 데 성공했다.기존 고분자 나노섬유 나노메쉬는 가볍고 유연하며 통기성이 뛰어나지만 표면적과 기능성이 제한적이고, 고온 공정이 필요한 그래핀 등 기능성 소재를 직접 형성하기 어려웠다.연구팀은 저온 플라즈마 화학기상증착(CVD) 기술을 활용해 내열성 고분자 나노섬유 표면에 수직 방향의 그래핀 나노월을 직접 형성했다. 이를 통해 나노메쉬의 통기성과 유연성을 유지하면서 가스와 반응하는 표면적을 크게 넓혔다.특히 그래핀 나노월 사이의 좁은 공간이 가스 분자의 이동을 제한해 그래핀 표면과 가스 분자의 상호작용을 높이는 ‘구속 효과’를 확인했다. 가스 수송 시뮬레이션과 실험을 통해 이 같은 효과가 센서의 감지 성능 향상으로 이어지는 것도 확인했다.연구팀은 개발한 센서를 실제 웨어러블 마스크에 적용해 통기성과 유연성을 유지하면서 장시간 가스 모니터링이 가능한 것도 확인했다. 산업 현장의 유해가스 감지뿐 아니라 개인의 호흡 환경을 모니터링하는 웨어러블 기기에도 활용될 것으로 기대된다.이성원 교수는 “나노구조 안에서 가스 분자의 움직임을 조절해 감지 성능을 높이는 새로운 설계 원리를 제시했다”며 “가스센서뿐 아니라 다양한 통기성 웨어러블 전자소자의 성능 향상에도 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.이번 연구에는 충남대, 한밭대, 경북대, 구미전자정보기술원, 한국생산기술연구원 연구진이 참여했으며, 연구 결과는 국제학술지 ‘Advanced Fiber Materials’ 8월호에 게재됐다.
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