소금물 활용한 그래핀 염소화 기술로, 가스 센서의 감도·반응·회복 성능 대폭 향상

 한국표준과학연구원(KRISS, 원장 이호성)이 소금물(염화나트륨 수용액)을 활용해 상온에서 유해가스를 빠르게 감지하고 신속히 회복하는 ‘염소화 그래핀 가스 센서’를 개발했다. 이 센서는 별도의 가열 장치 없이 구동돼 전력 소모와 발열 문제를 줄이고, 기존 가스 센서의 소형화·실용화 가능성을 높였다.

이산화질소(NO₂)는 대표적인 대기오염 물질로 정밀 감지가 중요하지만, 기존 센서는 고온 가열이 필요하고 그래핀 센서는 회복 속도가 느린 한계가 있었다. 연구진은 소금물에 전압을 가해 그래핀 표면에 염소를 균일하게 결합시키는 방식으로 이를 개선했으며, 독성 가스나 고온·고압 공정 없이도 안전하고 저비용으로 제작할 수 있다.

개발된 센서는 상온에서 감도가 2.5배 정도 향상됐고, 감지 속도는 157초에서 38초로, 회복 시간은 1,485초에서 202초로 크게 단축됐다. 이는 염소 처리된 그래핀이 이산화질소를 흡착한 뒤 공기 중 산소가 이를 밀어내는 원리에 기반한다. 또한 해당 기술은 높은 감도와 빠른 회복 성능으로 연속 모니터링에 적합하며, 웨어러블 기기와 환경 감시 시스템 등 다양한 분야에 활용이 기대된다.

한국표준과학연구원 반도체디스플레이측정그룹의 김연후 책임연구원은 “그래핀 센서의 느린 회복 속도를 소금물로 개선해 소형화·저전력화 한계를 낮췄다”며 스마트폰·웨어러블 등으로의 확장 가능성을 밝혔다.

이번 연구는 국가과학기술연구회 지원으로 수행됐으며, 김연후 책임연구원공동 교신저자)과 오재연 박사과정생(공동 제1저자)을 비롯해 POSTECH·서울대학교·성균관대학교 연구진이 참여했다. 또 성과는 Journal of Materials Chemistry A 2025년 12월호 표지 논문으로 선정됐다.