서던캘리포니아대학((University of Southern California) 연구진은 탄소 나노튜브와 광학 소자를 결합한 새로운 고성능 가스 센서를 개발하는데 성공했다. 기존의 화학적 가스 센서의 원리와 광학 소자의 원리를 결합한 이번 연구는 화학센서의 단점을 보완하여 센서의 안정성을 향상시키는 동시에 그 감도 특성을 향상시키는데 도움이 될 것으로 기대된다. 

탄소 나노튜브 클러스터로 코팅된 광학 센서는 일산화탄소와 이산화탄소를 구별할 수 있다. 이는 두 분자가 탄소 나노튜브에 부착되는 정도가 다르기 때문이다. 이번 연구는 일반대기 환경에서 이러한 미세한 차이를 인식하는 고성능 센서에 관한 연구결과이다. 이번 연구는 다양한 분야에서 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구는 화학적 선택성이 있는 나노물질과 초민감 소자를 결합한 새로운 접근법이다. 이번 연구는 다양한 진단 분야를 비롯한 실험에서까지 폭넓게 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 

공기 중에 있는 다양한 가스를 분석하고 탐지하는 것은 아직까지 어려운 과제 중 하나이다. 특정한 가스를 감지하고 그 농도를 분석하는 것에 비해서 여러 종류의 가스를 동시에 감지하고 그 농도를 분석하는 것은 상대적으로 어려운 일에 속한다. 많은 가스들이 여러 나노물질에 비교적 잘 흡착하는 특성을 가지고 있다. 그러므로 습도나 가스 센서는 센서의 표면에 있는 나노물질의 화학적 선택적 흡착성을 이용한다. 

이번 연구는 하이브리드 센서 시스템에 관한 새로운 연구결과이다. 서던캘리포니아대학 Andrea Armani 교수 연구진은 CNT 클러스터를 광학 센서에 코팅하는 새로운 기술을 선보였다. 아르곤 가스를 이용하여 CNT클러스터를 재형성한 다음, CNT클러스터를 일산화탄소나 이산화탄소 포화상태 조건에 둔다. 연구진은 서로 다른 온도 조건에서 CNT 클러스터에 흡착되는 가스의 종류와 농도를 구분하기 위한 방법으로 센서의 광학 신호를 측정한다. 

CNT 클러스터와 이산화탄소는 강한 상호 흡착력을 가지고 있다. 이로 인해서 센서에 한 번 흡착된 이산화탄소를 완전히 제거하기 위해서는 고온에서 오랜 시간 동안 센서를 가열하는 것이 필수적으로 요구된다. 반대로 일산화탄소는 대기 온도에서 쉽게 탈착되는 특성을 가지고 있다. 

이번 연구는 실제적인 환경조건에서 표면과 가스의 상호 작용을 온도에 따라 측정할 수 있는 새로운 측정 방법이다. 이번 연구는 실제 활용 분야에서 고 성능 센서 소자를 만드는 데 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 실제로 항공기나 자동차의 새로운 견고한 코팅 설계 또는 필터로 사용되는 새로운 재료 설계에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 이번 연구는 저널 Nanotechnology에 게재되었다.  

출처 KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』