저휘발성 폭약까지 잡는 실리콘 센서 구현

조선대학교 손홍래 반도체화학과 교수 연구팀이 TNT는 물론 증기 상태에서 포착하기 어려운 저휘발성 폭약 RDX와 PETN까지 감지하는 다성분 실리콘 나노와이어 기반 반도체 형광 센서를 개발했다. 연구팀은 다중 포스터 공명 에너지 전달과 응집 유도 발광 향상 원리를 하나의 센서에 결합해 폭발물 검출 범위를 넓혔다.

센서에는 광학적 특성이 서로 다른 실리콘 기반 발광소재가 함께 적용됐다. 이를 통해 형광 신호의 세기와 폭발물에 대한 반응성을 높였으며, 고체 박막 형태로 제작한 센서는 상온에서 TNT·RDX·PETN 증기를 실시간으로 감지했다. 폭발물 증기를 제거한 뒤 형광 신호가 최대 99.6%까지 되살아나 반복 사용 가능성도 확인됐다.

이번 연구는 휘발성이 낮아 기존 증기 검출 방식으로 다루기 까다로웠던 폭약까지 실리콘 발광소재 기반 형광센서의 적용 대상을 확장했다는 데 의미가 있다. 조선대 일반대학원 화학과 김성진 박사과정생과 반도체화학과 고경국 박사후연구원이 공동 제1저자로 참여했으며, 연구는 조선대학교의 2026년도 연구비 지원으로 수행됐다.

손홍래 교수는 실리콘 기반 발광소재의 에너지 전달 특성을 활용해 폭발물 감지 성능을 끌어올리고 저휘발성 물질까지 검출 범위를 넓힌 점을 연구의 핵심 성과로 평가했다. 연구팀은 앞으로 센서를 소형화하고 현장 적용 연구를 이어가 공항과 항만, 군사시설 등 보안 분야에서 활용하는 방안을 모색할 계획이다. 연구 논문은 국제학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널’에 게재됐다.