마스크에 붙이면 실시간 '유해가스 감지' [지금은 과학]

DGIST 연구팀, 숨쉬기 편한 스마트 센서 개발 [아이뉴스24 정종오 기자] 마스크, 의류, 피부 부착형 센서 등에 적용해 이산화질소를 비롯한 대기오염과 유해가스를 실시간으로 감지할 수 있다. 반도체·화학·제조 현장의 작업복이나 보호 마스크에 적용하면 작업자의 유해가스 노출을 지속해 모니터링한다.높은 통기성을 유지하면서 이용자의 호흡 주변 환경과 외부 유해가스를 장시간 감지하는 지능형 마스크가 개발됐다.대구경북과학기술원(DGIST, 총장 이건우) 화학물리학과 이성원 교수 연구팀은 고분자 나노섬유 위에 그래핀 나노월(Graphene Nanowall, GNW)을 직접 성장시킨 계층형 ‘나노-온-나노(nano-on-nano)’ 구조​를 개발했다. 이를 활용해 웨어러블 가스센서의 감지 성능을 높이는 데 성공했다.DGIST 연구팀이, 숨쉬기 편한 스마트 센서를 개발했다. [사진=DGIST]이번 기술은 앞으로 개인 호흡 환경이나 산업 현장의 유해가스를 실시간으로 모니터링하는 차세대 웨어러블 센서에 활용될 것으로 기대된다.최근 피부나 마스크 등에 부착해 주변의 유해가스를 실시간으로 감지하는 웨어러블 센서에 대한 관심이 높아지고 있다. 이러한 센서는 장시간 착용을 위해 가볍고 유연하면서 공기와 수분이 잘 통해야 하고 미량의 가스도 빠르게 감지할 수 있어야 한다.고분자 나노섬유로 만든 나노메쉬는 통기성과 유연성은 뛰어난데 표면적과 기능성이 제한적이라는 한계가 있다. 고분자는 열에 약해 고온 공정이 필요한 그래핀 등 기능성 탄소 나노소재를 표면에 직접 형성하기 어려웠다.연구팀은 이러한 한계를 해결하기 위해 내열성 고분자 나노섬유로 구성된 3차원 나노메쉬 표면에 그래핀 나노월을 직접 성장시키는 기술을 개발했다. 저온 플라즈마 화학기상증착(CVD) 기술과 내열성 나노섬유를 활용해 나노섬유의 형태를 유지하면서도 섬유 표면을 따라 수직 방향의 그래핀 나노월을 형성하는 데 성공했다.연구팀은 그래핀 나노월이 단순히 센서의 표면적을 넓히는 데 그치지 않고 나노월 사이의 좁은 공간에 가스 분자를 오래 머물게 하는 ‘구속 효과(confinement effect)’​를 만든다는 사실을 알아냈다.실험과 가스 수송 시뮬레이션 결과, 계층형 그래핀 나노월 내부에서는 가스 분자의 이동 경로와 국소적 충돌이 증가해 그래핀 표면과 가스 분자 사이 상호작용이 더 활발해지는 것으로 나타났다. 연구팀은 개발한 센서를 실제 웨어러블 마스크 형태의 플랫폼에도 적용...