김형준 연세대 전기전자공학과 교수 연구팀은 이차원 소재를 이용해 적은 양의 아세톤과 이산화질소 분자를 검출할 수 있는 초고성능 가스센서를 개발했다고 2일 밝혔다.

이차원 소재란 이차원 결정 구조를 갖는 화합물로 원자층 단위의 매우 얇은 막을 형성하기 쉬우며, 우수한 전기·화학적 특성을 갖는다. 또 부피에 비해 표면적이 넓어 주변 환경에 민감하게 반응해 최근 이를 이용한 가스 센서로 응용하려는 연구가 활발하다.

기존의 이차원 소재는 가스 노출의 반응 여부만 확인 가능해 특정 가스를 잡아내기가 어렵다. 이에 따라 이차원 소재의 박막 제작 시, 층수(두께)에 따라 전기적 특성이 달라져 균일한 층수로 합성해야하지만 기존의 증착법은 대면적으로 균일한 층수의 박막을 만들기 어렵다.

연구팀은 이차원 소재인 이황화텅스텐에 박막 층수 조절에 용이한 '원자층 증착법 기반의 이차원 소재 합성법'을 적용해 대면적으로 균일한 '이황화텅스텐의 가스센서'를 제작했다. 원자층 증착법이란 반도체 제조 공정 중 화학적으로 달라붙는 단원자층의 현상을 이용한 나노 박막 증착 기술이다.

연구팀에 따르면 개발된 이황화 텅스텐을 이용한 가스센서로 1 ppm 이하의 아세톤과 이산화질소 가스를 검출했고, 은 나노선을 이용한 표면기능화를 통해 이산화질소에 대해 선택적으로 분자 검출 능력이 약 12배 정도 향상된 결과를 얻었다. 

김형준 교수는 "해당 연구는 향후 초민감 가스 센서의 주된 연구방향 중의 한 줄기가 될 것이다"며 "이번 개발이 향후 무선 통신 기술과  결합해 한층 진보한 사물 인터넷(IoT)의 웨어러블 센서 기술로 활용되길 기대한다"고 말했다.

이번 연구 성과는 국제 학술지 'ACS 나노(ACS Nano)'에 지난달 24일자로 게재됐다.