산화그래핀 이용한 고감도 가스센서 개발

연구팀은 고분자 광학섬유의 각 팁에 산화 또는 환원 그래핀 및 산화-환원 그래핀을 세밀코팅해 3 종류의 광섬유 센서를 제조하고 환원 그래핀 광섬유의 경우에는 산화 그래핀을 햇빛을 통해 환원시켜 코팅해 제조했다. 사진은 산화-환원 혼합그래핀 광섬유의 팁 부분.

아주경제 이한선 기자= 미래창조과학부는 이효영 성균관대학교 화학과 교수와 수라지트 솜 박사 연구팀이 높은 습도나 강산성 등 극환경에서도 작동할 수 있는 고감도 가스센서 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

연구결과는 네이처 자매지 사이언티픽 리포트지 5일자 온라인판에 게재됐다.

기술 개발로 각종 휘발성 유기화합물을 선택적으로 감지할 수 있고 여러 극한환경에서도 감도를 유지할 수 있어 산업폐기물이나 폭발물 감지 등의 용도로 활용될 것으로 기대된다.

금속 산화물이나 탄소나노튜브를 이용하는 기존 가스센서는 습도가 높으면 작동하지 않아 물과 잘 섞일 수 있는 안정적인 물질을 이용해 습도 등에 영향을 받지 않는 가스센서를 개발하는 것이 관건이었다.

연구팀은 고분자 광섬유로 된 반사탐침에 산화그래핀 또는 환원그래핀으로 된 감지층을 코팅한 광학 가스센서를 개발했다.

환원그래핀을 이용한 가스센서는 있었지만 산화그래핀을 이용한 것은 이번이 처음이다.

그래핀은 육각형 구조로 탄소간 공액 결합으로 연결된 하나의 층을 말하고 높은 전도성과 전하이동도로 응용가능성이 높은 물질이다.

용액과정으로 만들어진 산화그래핀은 그래핀에 다양한 기능기가 붙은 산화된 형태를 말한다.

개발한 산화그래핀 가스센서는 일반 광학가스센서와 달리 90% 이상 고습환경에서도 작동했다.

이는 산화그래핀 표면의 다양한 산소작용기가 친수성으로 높은 습도에서 흡수된 화합물과 상호작용이 가능하기 때문이다.

여러 산성도 환경에서도 감지능력을 유지했다.

높은 산성과 염기성 환경에서는 산소작용기가 양성 또는 음성을 갖게 돼 감도를 더 높게 만든 것으로 해석된다.

물에 잘 섞이고 전기가 흐르지 않는 산화그래핀을 이용할 경우 물에 잘 섞이지 않고 전기가 흐르는 환원그래핀 보다 더 감도가 높았다.

연구팀은 타이오펜을 이용해 산화그래핀을 고품질의 환원그래핀으로 만드는 환원법을 개발해 사이언티픽 리포트지 지난달 31일자에 게재하기도 했다.