물 속에서 배터리 같은 전원 없이도 동작이 가능한 센서가 국내 연구진에 의해 개발됐다. 전원 연결이 어려운 수중에서의 환경 감시 장치나 3D프린팅 기술 등에 적용이 가능할 것으로 보인다.
8일 한국세라믹기술원에 따르면 이승협 박사와 김도은·아룬 연구원은 표면에너지를 제어하여 전원 없이 주위 환경을 감지하는 센서 소자의 원천기술을 개발했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 국가핵심소재연구단 플랫폼형 사업과 이공부야 기초 연구사업을 통해 추진됐다.
센서는 온도, 압력 등을 감지해 측정하는 장치다. 일반적으로 전류로 동작되기 때문에 전원장치가 필수적이다.
하지만 전원이 공급되기 어려운 환경인 수중에서는 일반적인 센서의 구동에 한계가 있었다.
연구팀은 자기 계층화(Self-stratification) 방식으로 나노 입자를 강하고 균일하게 코팅하는 기술과 전원 공급 없이 표면에너지를 제어하는 방식으로 액체의 유입을 조절하는 기술을 개발했다. 센서 구조물에 코팅을 하게 되면 초발수 특성이 생긴다. 이로 인해 센서 표면에 공기를 머금게 되어 센서 전체에 얇은 막이 생긴다. 이 막은 센서의 구멍을 공기로 막아 액체 유입을 차단하게 된다. 이를 응용해 물의 온도나 수압 변화가 있을 경우 센서 표면에 있던 공기 막이 없어지면서 액체의 유입이 이뤄진다.
이번에 개발한 무전원 센서는 3D프린팅을 통해 제작된 플라스틱 구조에 나노 입자 표면 코팅 기술을 적용하였다.
특히 일반적인 나노 구조는 기계적인 충격에 취약하지만 이번에 적용한 나노 코팅 구조는 추가적인 접합 소재 없이 높은 내구성을 가진다.
이승협 한국세라믹기술원 박사는 “수중 환경 변화 감지, 수질 오염 검사 등 전원 연결이 어려운 환경에서의 센서에 대한 해결책을 찾았다”며 “개발된 나노 표면처리 기술을 응용하면 센서 뿐만 아니라 3D 프린팅 기술과 연관된 다양한 분야에 적용할 수 있다”고 말했다.
한편 이번 연구 성과는 나노 레터스(Nano Letters) 8월 25일 표지논문으로 게재되었다.
강진성기자 news24@gnnews.co.kr
美화학회가 발행하는 나노레터스 8월호 표지에 게재된 무전원 센서 논문. 세라믹기술원 연구진이 개발한 무전원 센서가 수중에서 온도, 수압 변화를 감지해 작동하는 모습. 사진제공=세라믹기술원
