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한양대학교 화학공학과 김도환 교수 연구팀은 국내외 다국적 연구팀과의 공동 연구를 통해 사람 피부처럼 늘어나면서, 가혹한 외부 환경(온도, 습도, 인장력)에서도 안정적으로 ppb(10억 분의 1) 수준의 NO2(이산화질소) 검출이 가능한 초고감도 가스센서 스티커를 세계 최초로 개발했다고 한양대가 발표했다. 

해당 기술을 통해 스마트 헬스케어 및 차세대 웨어러블 전자기기 기술의 상용화 시점을 보다 앞당길 수 있을 뿐만 아니라, 향후 피부 부착형 고성능 가스센서 연구에 큰 영향을 미칠 것으로 기대된다. 

국내외 공동 연구팀은 이온성 액체와 대표적 유해가스인 NO2가 강력한 π-결합을 형성함으로써 이온전도도의 극적인 변화를 일으킬 수 있다는 사실을 세계 최초로 발견하였다. 연구진은 위와 같은 사실에 착안해, 열가소성 폴리우레탄 고분자 및 이온성 액체로 구성된 고신축성 이온트로닉 센싱 소재와 탄소나노튜브 전극을 이용한 피부 부착형 초고감도 센서 스티커를 개발했다.

개발된 이온트로닉 소재 기반 전자피부형 가스센서는 피부와 유사한 신축성을 가져 신체에 직접 부착해 작동 가능할 뿐만 아니라, 실제 피부에 가해지는 다양한 인장력에도 안정적인 구동이 가능하다. 또한, 이온과 NO2 간 강력한 분자결합 특성을 이용했기 때문에 가혹한 외부환경에 장시간 노출되어도 성능 변화 없이 미량의 NO2 가스만을 민감하게 검출 할 수 있다.

김도환 교수는 “이번에 개발된 이온트로닉 소재 기반 가스센서 스티커는 실제 피부에 부착하여 사용자 주변의 유해가스에 대한 고민감성·선택성·안정성이 동시에 확보된 이산화질소 검출 특성을 제공할 수 있다는 점에서 차세대 웨어러블 전자피부 분야에 미치는 학술적·기술적 의의가 매우 크다”라고 밝혔다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 및 한국연구재단이 추진하는 개인연구지원사업(중견연구)과 선도연구센터사업의 지원을 받아 한국과학기술원 정희태 교수, 나노종합기술원 안치원 박사, 중국 칭다오대학 김명량 교수팀과 공동으로 수행되었다. 연구결과는 재료과학 분야 세계적인 학술지 「Advanced Materials」 3월호에 표지논문으로 게재되었다.

<이산화질소에 대한 고민감성·선택성·안정성이 동시에 확보된 피부 부착형 이온트로닉 가스센서 스티커 모식도>