DGIST 김정민 박사팀, 팔라듐 나노갭을 이용한 수소센서 개발

DGIST(총장 국양) 나노융합연구부 김정민 박사팀과 연세대 이우영 교수팀이 팔라듐 금속의 나노갭 기반 저농도 수소 고분해 검지기술의 특성 분석과 더불어 향후 관련 연구 방향을 제시했다.

4일 DGIST에 따르면 이번 연구를 통해 규명한 수소가스 감지 기술은 기존 팔라듐 금속 기반 수소 센서와 달리 수소에 노출되는 순간 바로 검지가 이뤄질 뿐만 아니라 누출된 수소가스의 농도의 정량 분석도 가능해, 향후 관련된 다양한 기술개발에 활용이 가능할 것으로 보인다고 밝혔다.

최근 수소에너지에 대한 관심이 증가하면서 고인화성‧폭발성 성질을 갖는 수소가스에 대한 불안감도 커지고 있다. 이에 따라 유출되는 수소가스를 빠르게 감지할 수 있는 센서 개발도 더불어 많은 관심을 받고 있다.

기본적으로 수소 가스를 감지하는 팔라듐 금속 기반의 센서는 산화팔라듐 입자가 수소와 만나 팔라듐 입자로 환원되며 일어나는 전도성 차이를 통해 수소 누출을 감지한다.

따라서 기존 센서는 전도성의 미세한 변화를 통해 수소의 누출을 감지하므로 정확한 수소 누출 농도 측정에는 한계가 있어왔다.

이에 반해 김정민 박사팀이 연구를 진행한 팔라듐 금속의 나노갭 기반 저농도 수소 고분해 검지기술은 누출된 수소가스에 의한 팔라듐 금속의 팽창으로 나노갭을 메우고, 이로 인해 전기가 흐르며 누출을 탐지하는 원리로 작동한다.

누출되는 수소가스의 농도에 비례해 흐르는 전류가 더 많아지는 특성을 활용해 누출되는 수소가스의 정량적인 분석에 매우 용이한 장점을 갖는다.

이번 연구는 김정민 박사팀이 지난 10여 년간 진행했던 팔라듐 금속의 나노갭 기반 센서에 대한 여러 연구들을 집대성, 관련 센서의 대량 생산을 위한 다양한 해결책을 제시하고 있다.

제작 단가가 높던 기존 센서와 달리, 김정민 박사팀이 제안한 센서는 단가가 낮고 유연한 플레서블 기판(PDMS)에 팔라듐 금속을 입히는 방식으로 제작, 센서 제작 단가와 제작공정을 동시에 획기적으로 개선할 수 있는 돌파구를 보여주었다는데 그 의미가 크다.

DGIST 나노융합연구부 김정민 박사는 “이번 연구는 지난 10여 년간 진행해온 수소 감지 센서와 관련된 연구를 모두 집대성해 효율적이고도 정확한 신개념 수소감지 센서의 대량생산을 위한 방법을 제시하고 있다”며 “기존의 센서보다 더 정확한 감지가 가능한 센서의 대량생산이 가능할 수 있도록 후속 연구를 계속해서 진행할 것”이라고 말했다.

한편, 이번 연구 성과는 연세대 신소재공학과 이우영 교수팀과 공동연구를 진행됐다. 연구에는 DGIST 나노융합연구부 김정민 선임연구원과 연세대 신소재공학과 이현숙 연구교수가 제1저자로 참여했다.

아울러 연구 결과는 신소재 과학 분야의 세계적 학술지인 ‘어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)’에 지난 11월 22일 온라인 게재와 더불어 추가표지(Frontispiece) 논문으로 채택됐다.