에스키모인들이 눈으로 만든 집인 이글루(igloo).이글루 모양의 초박막 나노구조를 이용한 고감도 가스센서(사진)가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국과학기술연구원(KIST · 원장 금동화)은 에너지재료연구단의 김일두 박사 연구팀이 20㎚(1㎚=10억분의 1m) 이하의 초박막으로 이글루 모양의 나노구조를 손쉽게 제조하는 기술을 개발했다고 23일 발표했다. 고감도 가스센서 등에 적용할 수 있는 이번 연구 결과는 영국 왕립화학회에서 발간하는 화학분야 저널인 '케미컬 커뮤니케이션즈(Chemical Communications)' 21일자에 게재됐다.

속이 비어 있는 반구형 초박막 구조는 일반 박막에 비해 표면적이 3.6배 이상 크고 기체의 이동이 빠르게 일어나 센서의 감도와 반응 속도가 탁월하다. 특히 이글루 구조가 되면 하부기판과의 계면열화(하부기판과 코팅된 박막의 계면에서의 특성 저하현상) 현상이 거의 없어 반구의 바깥과 안쪽 면에서 가스반응이 극대화되는 장점이 있다.

연구팀에 따르면 기존에 개발된 박막센서들은 부피에 비해 표면적이 작고 외부 기체와의 반응이 2차원 표면에 국한돼 있어 고감도 센서를 제조하는 데 어려움이 있었다. 또한 박막이 100㎚ 이하로 얇은 경우 하부전극과의 계면반응에 의해 센서 감도가 급격히 저하되는 현상이 일반적으로 나타난다.

연구팀은 개발된 센서를 이용해 유해환경가스인 질소산화물(NOx) 가스 농도를 0~125ppb로 변화시키며 측정한 결과,기존 센서에 비해 5배 높은 우수한 감지 능력을 확인했다고 밝혔다. 연구팀은 구형으로 만든 고분자틀 위에 나노박막을 코팅한 후 고온에서 고분자를 태워버리고 나노박막을 결정화시키는 방법으로 속이 비어 있는 반구형 나노구조를 제조했다.

김일두 박사는 "이 기술은 박막센서 분야의 원천기술로 향후 대테러 방지를 위한 군수용 센서，자동차용 유해가스 차단장치(AQS) 및 가전용 센서 등에 효과적으로 활용될 전망"이라며 "태양전지，연료전지，이차전지，촉매 등에도 광범위하게 적용할 수 있을 것"이라고 밝혔다.

황경남 기자 knhwang@hankyung.com