POSTECH-KAIST 연구팀, 유해 유기용매 감지 플렉시블 센서 제조 기술 개발

연구성과

POSTECH-KAIST 연구팀, 유해 유기용매 감지 플렉시블 센서 제조 기술 개발

2015-04-07 1,073

스마트폰으로 온 메시지나 이메일을 간편하게 읽게 해주고, 걸음 수를 체크해 운동량을 체크해주는 등 다양한 기능으로 인기를 모으고 있는 ‘스마트와치(smart watch)’. 이런 웨어러블 스마트기기에 새집증후군의 원인이 되는 물질이나 물속의 오염물질을 바로 감지해 위험을 알려주는 기능을 탑재할 수 있는 기술이 개발됐다.

POSTECH 화학공학과 오준학 교수․박사과정 이무열씨, KAIST 생명화학공학과 김범준 교수팀은 유해한 유기용매를 감지할 수 있는 플렉시블(flexible) 센서 제조 기술을 발표했다.

재료과학 분야 세계적 학술지 ‘어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)’지가 이 결과를 표지논문으로 소개하면서 학계의 관심도 모으고 있는 이 기술은 그간 화학․생물학에 이용되는 센서의 안정성과 정확성을 모두 획기적으로 개선시켰다.

최근 대기오염이나 발암성 물질 노출로 인한 질병이 급증하고, 후쿠시마 원전 사고나 구미공장 불산 누출 사고처럼 유해물질이 배출되는 사고가 이어지면서 일반인들이 손쉽게 환경오염 정도를 확인할 수 있는 기기에 대한 관심이 높아지고 있는 상황이다. 실제로 이러한 관심을 반영하듯 최근 공개된 구글의 조립형 스마트폰인 ‘아라폰’에는 사용자가 대기오염 정도를 직접 확인할 수 있는 부품도 포함된 것으로 알려져 있다.

연구팀이 공개한 것은 여기서 한 발 더 나아가 공기 중, 물 속, 심지어 유기용매 속에 유해물질이 있는지 바로 확인해볼 수 있는 ‘웨어러블’ 스마트 모니터링 기기에 활용할 수 있는 유기반도체를 이용한 화학센서 제조 기술이다.

유기반도체를 이용한 화학센서는 유연성이 좋고 가벼워 차세대 웨어러블 전자소자로서 경쟁적으로 연구되어온 분야다. 특히 유기재료는 센서로 만들 경우 필요한 종류에 따라 손쉽게 설계할 수 있는 장점이 있어 여러 종류의 유해물질 감지에도 활용할 수 있을 것으로 기대되고 있다.

하지만 기존의 센서는 특히 유기 반도체 층의 용매에 대한 안정성이 부족해 그 응용분야가 한정적인 것이 단점으로 지적됐다.

연구팀은 기존 유기반도체 소재로 사용되어온 물질 P3HT에 아지드(azide)기(基)라는 가교(cross-linking)^*1가 가능한 분자구조를 도입, 센서의 측정안정성을 크게 높였다. 이와 함께 반도체 표면에 특정 물질을 선택적으로 모을 수 있는 컨테이너 분자로 구성되도록 해 센서의 감응도와 선택도를 10배 이상 향상시켰다.

또, 연구팀은 이렇게 만들어진 센서를 이용, ‘새집증후군’의 주범으로 알려진 톨루엔, 인체 내에 흡수되면 치명적인 영향을 미치는 메탄올 등을 정확하게 검출하는데 성공했다.

여기에 이 센서는 기존의 설비로도 충분히 제조가 가능하다는 점에서 실용화 가능성도 크게 엿보인다. 특히 단기간만 사용할 수 있는 웨어러블 검출기로는 가까운 시일 내에도 개발이 가능할 것으로 전망된다.

또한, 이 센서는 스마트와치와 같은 웨어러블 모니터링용 스마트기기 개발에는 물론 화학물질 누출 여부를 지속적으로 확인해야 하는 공장이나 연구소에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

연구를 주도한 POSTECH 오준학 교수는 “이번 연구는 유기 반도체 기반 센서 실용화의 난제로 꼽히던 소자 안정성과 신뢰성을 향상시켰을 뿐 아니라 높은 감도와 선택도를 모두 구현할 수 있는 방법을 제시했다는 평가를 받고 있다”며 “유기 전자소자의 실질적 응용 범위를 더욱 넓힌 연구”라고 의의를 밝혔다.

한편 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 글로벌프런티어사업 “나노기반 소프트일렉트로닉스연구단” 및 “중견연구자지원사업”의 지원으로 수행됐다.

1. 가교 (Cross-linking)

선상 고분자 사슬에서 몇 가지 특정 원자 간에 화학 결합을 형성하는 것. 가교에 의해 해당 고분자는 3차원 그물모양 구조를 이룬다.