수소 닿자 2초 만에 색 변했다…고려대, 무전원 감지 센서 개발

(서울=뉴스1) 윤지오 수습기자 = 고려대학교 연구팀이 별도의 전원이나 측정 장비 없이 수소 누출을 실시간으로 확인할 수 있는 센서를 개발했다. 수소가 닿으면 2초 만에 센서의 색이 변해 정전 상황에서도 맨눈으로 누출 여부를 확인할 수 있다.

고려대는 보건과학대학 바이오의공학부 유용상 교수와 KU-KIST 융합대학원 김명기 교수 공동연구팀이 포스텍 노준석 교수, 경북대·서강대 연구진과 함께 수소에 반응해 색이 변하는 무전원 수소 감지 센서를 개발했다고 8일 밝혔다.

수소는 색과 냄새가 없어 사람이 누출 여부를 직접 알아채기 어렵다. 이를 감지하기 위해 전자식 센서 등이 사용되지만 전력을 공급해야 작동하기 때문에 정전 등 전원 공급이 중단된 상황에서는 사용에 한계가 있다.

연구팀은 수소를 흡수하는 금속인 팔라듐과 빛을 가두는 광학 구조를 결합해 이 문제를 해결했다. 팔라듐이 수소와 반응하면서 나타나는 미세한 변화를 광학 구조를 이용해 육안으로 구별할 수 있는 색 변화로 증폭하는 방식이다.

실험 결과 센서는 수소에 노출된 지 2초 만에 맨눈으로 구별할 수 있는 색 변화를 나타냈다. 수소 주입과 배출을 30회 이상 반복한 뒤에도 초기 성능의 90% 이상을 유지했고, 대기 중에서 60일간 보관한 뒤에도 초기 성능의 87~94%를 유지했다.

센서는 얇은 PET 필름 형태로 제작할 수 있어 수소 충전소나 수소차, 수소 배관 등에 부착하는 방식으로 활용할 수 있다. 이때 팔라듐의 배열을 조절하면 수소에 노출됐을 때 평소에는 보이지 않던 'H₂' 경고 문구나 QR코드, 특정 문양 등이 나타나도록 설계할 수 있다.

유용상 교수는 "팔라듐의 위치와 나노 형태를 광학 공진기 안에서 설계해 화학 반응을 큰 색 변화로 증폭시킨 것이 핵심"이라고 설명했다.

연구팀은 향후 수소 안전 모니터링뿐 아니라 특정 화학 반응에 따라 정보를 표시하는 보안·디스플레이 소자 등으로 기술을 확대할 계획이다.

이번 연구 결과는 재료과학 분야 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)'에 지난 1일 온라인 게재됐다.

banya@news1.kr