무연 소재로 암모니아 1ppm까지 감지

한국재료연구원(KIMS)이 인체와 환경에 유해한 납을 사용하지 않고도 암모니아를 1ppm 수준까지 안정적으로 검출하는 초고감도 가스센서를 개발했다. 연구에는 재료연 에너지·환경재료연구본부 송명관 박사 연구팀을 비롯해 부산대 이형우 교수, 인천대 강영호 교수, 호주 맥쿼리대 김진철 교수가 공동으로 참여했다.

연구진은 납 대신 친환경 소재인 안티모니를 적용해 포름아미디늄 안티몬 브로마이드 기반의 무연 페로브스카이트를 만들고 이를 센서에 적용했다. 센서는 암모니아 농도가 높아질수록 신호가 일정하게 증가해 가스의 존재뿐 아니라 농도도 정량적으로 분석할 수 있었다. 100ppm의 암모니아에는 13초 만에 반응했으며, 센서 신호는 최대 235% 증가했다.

암모니아는 저장과 운반이 까다로운 수소를 안전하게 옮길 수 있는 차세대 수소 운반체로 주목받고 있다. 반면 적은 양이 새어 나와도 인체에 해로워 저장시설과 운송설비, 발전소, 산업현장에서 미세 누출을 신속히 감지할 장치가 필요하다. 기존 페로브스카이트 센서는 감도가 높지만 대부분 유해한 납을 포함해 상용화에 제약이 있었다.

새 센서는 암모니아를 에너지원이나 수소 운반체로 사용하는 발전소와 선박 등에서 미세 누출을 조기에 확인하는 장치로 활용될 가능성이 있다. 비교적 간단한 용액 공정으로 제작할 수 있어 대량생산에도 유리하다. 연구진은 수소·암모니아 에너지 인프라의 안전관리와 산업현장 유해가스 감시 기술로 적용 범위가 확대될 것으로 내다봤다. 연구 결과는 재료과학 국제학술지 ‘스몰 스트럭처즈’에 게재됐다.