고분자 막 코팅해 유해가스 감지하는 전자 코 성능 개선 

2024-04-12 연구/산학

화학과 브라이트 워커 교수, 물리학과 말로리 마티벤가 교수 공동연구

감지 능력 개선, 저렴한 가격으로 대량 생산 가능

화학과 브라이트 워커(Bright Walker) 교수팀과 물리학과 말로리 마티벤가(Mallory Mativenga) 교수팀이 공동연구를 통해 유기 전계 효과 트랜지스터(Organic Field-Effect Transistor, 이하 OFET) 기반의 전자 코(Electronic Nose)를 개발했다. 전자 코는 후각 기능을 모방해 휘발성 화합물을 감지하고 구별하는 기기로 의료, 식품, 안전관리 등 다양한 산업분야에서 활용된다. 연구팀이 개발한 전자 코는 상용화된 전자 코보다 월등한 감지 능력을 보이는 한편 원재료가 저렴해 대량 생산도 가능하다.

전자 코에 사용되던 금속 산화막 반도체(Metal Oxide Semiconductors) 기반 센서는 냄새 분자를 측정할 때 고온에서 작동해야 하므로 비용이 많이 들고 휴대가 어려웠다. OFET 센서는 상온에서 낮은 전압으로 구동되지만, 냄새 분자를 구별하는 변별력이 떨어졌다. 연구팀은 냄새 분자의 휘발성 화합물이 유기 반도체에 닿았을 때 전류 특성이 변하는 현상에서 문제의 해결책을 찾았다.

연구팀은 유기 반도체 표면에 폴리비닐알코올(Poly Vinyl Alcohol, 이하 PVA) 고분자 막을 코팅했다. 그 결과 화합물이 유기 반도체와 만나는 시간이 지연됐고, 전류 변화 시간도 달라졌다. 이 방법으로 기존 전자 코에서는 불가능했던 메탄올과 에탄올을 구분하는 데 성공했다. 또한 PVA 고분자 막에 치환기를 합성함에 따라 냄새 분자를 세세히 구분할 수 있었다.

워커 교수는 “PVA 고분자 막의 원재료가 저렴해 다양한 고분자 막을 대량으로 생성할 수 있다”고 설명했다. 마티벤가 교수는 “실제 환경에서 활용 가능한 전자 코 구현에 한 걸음 더 다가섰다”며 연구 의미를 밝혔다.

경희는 외국인 전임교원의 안정적인 연구 정착을 위해 다양한 지원을 펼치고 있다. 이번 연구는 그 결과로 물리 및 화학의 글로벌 융합연구를 이룬 한편 차세대 전자 코 분야의 우수한 경쟁력을 입증했다. 연구 결과는 세계적 학술지 ＜Applied Materials Today(IF=8.3)＞에 온라인 게재됐다.

글 김율립 yulrip@khu.ac.kr

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