한양대 화학공학과 김도환 교수 연구팀이 다국적 연구팀과의 공동 연구를 통해 사람 피부처럼 늘어나면서 가혹한 외부 환경(온도·습도·인장력)에서도 안정적으로 이산화질소(NO2) 검출이 가능한 ‘초고감도 가스센서 스티커’를 세계 최초로 개발했다고, 한양대가 5일 발표했다.

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

공동 연구팀은 이온성 액체 이온성 액체(ionic liquid : 양이온과 음이온이 결정체를 이루지 못하고 액체 상태로 존재하는 물질)와 대표적 유해가스인 NO2가 강력한 π-결합(π-결합 : 분자 내 서로 이웃하고 있는 원자 각각의 p-오비탈 중첩에 의한 화학결합)을 형성함으로써 이온전도도의 극적인 변화를 일으킬 수 있다는 사실을 세계 최초로 발견했다.

또 연구진은 위와 같은 사실에 착안, 열가소성 열가소성(thermoplastic : 열을 가했을 때 녹고, 온도를 충분히 낮추면 고체 상태로 되돌아가는 성질) 폴리우레탄 고분자 및 이온성 액체로 구성된 고신축성 이온트로닉 이온트로닉(iontronic : 기존 일렉트로닉스를 이온전달체로 연결하는 자세대 바이오기술) 센싱 소재와 탄소나노튜브 전극을 이용해 피부 부착형 초고감도 가스센서 스티커를 개발했다.

이렇게 개발된 이온트로닉 소재 기반 전자피부형 가스센서는 피부와 유사한 신축성을 가져 신체에 직접 부착해 작동 가능할 뿐 아니라 실제 피부에 가해지는 다양한 인장력(50%, 300회 이상)에도 안정적으로 작동했다. 또 이온과 NO2 사이의 강력한 분자결합 특성을 이용해 가혹한 외부환경(125℃, 85% 습도)에 장시간 노출돼도 성능 변화 없이 미량의 NO2 가스를 정확하게 검출할 수 있었다.

김 교수는 “이번에 개발된 이온트로닉 소재 기반 가스센서 스티커는 실제 피부에 부착해 고민감성·선택성·안정성이 동시에 확보된 이산화질소 검출 특성 제공이 가능하다”며 “이는 차세대 웨어러블 전자피부 분야에 미치는 학술적·기술적 의의가 매우 크다”고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 및 한국연구재단이 추진하는 개인연구지원사업(중견연구)과 선도연구센터사업의 지원을 받아 한국과학기술원 정희태 교수, 나노종합기술원 안치원 박사, 중국 칭다오대학 김명량 교수팀과 공동으로 수행됐다.

연구결과는 (논문명 : Scalable Superior Chemical Sensing Performance of Stretchable Ionotronic Skin via a π‐Hole Receptor Effect) 재료과학 분야 세계적 학술지 「Advanced Materials」의 4월호 표지논문으로 게재됐다.