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[사진. (왼쪽부터) 이규형 교수, 김민영 박사]

 

신소재공학과 이규형 교수 연구팀이 표면 결함과 계면 공학을 통해 기체-고체 상호작용을 조절하고, 예측 가능한 센싱 메커니즘을 제시함으로써 가스센서 개발 효율성 향상을 위한 핵심 기술을 선보였다.

 

이번 연구는 이규형 교수와 미국 University of Notre Dame 화공생명공학과 Nosang Vincent Myung 교수가 공동으로 이끌었으며, 김민영 박사가 제1 저자로 참여했다. 김 박사는 University of Notre Dame에서 방문연구를 수행하며 이번 성과를 완성했다. 

 

기존의 가스센서 연구는 주로 감도 향상에 집중해 왔으며, 소재 인자와 가스 간 상호작용의 근본적인 상관관계를 정량적으로 규명한 사례는 드물었다. 이번 연구는 이러한 한계를 극복하고, 정량적 모델에 기반한 고성능 가스센서 설계 기술을 제시한 점에서 의미가 크다.

[그림. 결함 및 계면 제어를 통한 다공성 ZnO 나노시트 기반 가스센서 설계 및 성능 증대 전략]

 

연구팀은 다공성 ZnO 나노시트 표면에 금 나노입자를 정밀하게 복합화하기 위해 마이크로파 공정과 수소 열처리를 결합한 새로운 합성법을 개발했다. 이를 통해 금 나노입자의 크기, 농도, 결함 상태 등 핵심 소재 인자를 정밀하게 제어할 수 있었으며, 소재 표면 반응 인자인 에너지 장벽(energy barrier) 및 이온화 산소 종과 가스 센싱 특성과의 상관관계를 규명했다. 이를 바탕으로 연구팀은 가스센서 성능을 최적화할 수 있는 효과적인 전략을 제시했다. 향후 이 기술이 데이터 기반 설계와 통합된다면, 실제 환경에서 작동 가능한 지능형(AI) 센서 개발 플랫폼으로 확장될 수 있을 것으로 기대된다.

 

한편 연구는 산업통상자원부 산업기술거점센터육성시범사업, 삼성전자 전략산학 및 한국연구재단 중견연구자지원사업의 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 화학 및 환경공학 분야의 권위 있는 학술지 'Chemical Engineering Journal (Impact Factor 13.2, JCR 상위 3%)'에 8월 11일 온라인 게재됐다.