[1일IT템] '동전크기' 미세먼지 측정센서 만들었다

DGIST-기계연구원, 초소형 미세먼지센서 개발
기존 석영공진센서보다 감지 질량 범위 11배 커

대구경북과학기술원(DGIST) 김회준 교수팀과 한국기계연구원 김상복 박사팀이 초소형 미세먼지 센서를 개발했다. DGIST 제공

[파이낸셜뉴스] 대구경북과학기술원(DGIST) 김회준 교수팀과 한국기계연구원 김상복 박사팀이 500원 동전 크기만한 초소형 미세먼지 센서를 개발했다. 이 센서는 현재 사용되고 있는 석영 공진 센서보다 감지 가능한 질량 범위가 11배 더 크다.

연구진은 개발 센서로 대기 미세 입자 센서에 적용이 가능할 것으로 기대하며, 초소형 기기라는 장점을 바탕으로 휴대용 미세먼지 센서 적용에도 가능할 것이라고 설명했다. 또한 외부 온도나 습도에 구애 받지 않는 신뢰성 있는 센서로 공장 굴뚝, 자동차 배기구, 반도체 공정 설비에서 발생하는 오염 입자를 측정하는 다양한 응용 분야에도 적용 가능할 것이라고 전망했다.

김회준 교수는 "대기 미세먼지 계측 센서를 연구해 미세 입자 센서 기술 개발에 관심을 갖게 됐다"며 연구를 시작하게 된 배경을 설명했다.

연구진은 미세먼지 센서 소재를 온도에 따라 성질이 변하는 열가소성 플라스틱 '폴리스티렌(polystyrene)'을 활용해 미세먼지와 센서간 접촉력을 향상시켰다.

김 교수팀은 이 센서에 마이크로 히터 시스템을 설치해 센서 자체적으로 열 발생을 조절했다. 이 마이크로 히터 시스템은 약 600㎽의 전력만으로도 1분 이내에 100도 이상에 도달할 수 있어 폴리스티렌의 흡착력 제어가 쉽다. 또 설치된 마이크로 히터는 센서의 흡착력 제어뿐만 아니라 외부 습기의 영향을 받아 미세 입자 표면에 발생하는 수분 응축 현상도 함께 억제시켜 센서의 측정 신뢰도를 함께 높였다.

연구진은 이 기술이 간단한 반도체 공정 기술만으로 쉽게 제작이 가능해 상용화가 가능할 것으로 기대하고 있다. 다만, 센서의 작동 시간을 늘리기 위한 미세 입자 포집률 조정과 센서 재활용을 위한 포집 입자 제거 기술 개발이 필요하다고 덧붙였다.

김 교수는 "단순히 대기 미세먼지 센서를 개발하는 것에 멈추지 않고 실제 응용 분야에 맞는 소자 개량을 통해 다양한 환경에서 적용할 수 있는 미세 입자 센서 개발을 목표로 연구를 계속할 것"이라고 말했다.

이 연구결과는 그 우수성을 인정받아 환경공학 분야 권위 있는 국제 학술지인 '저널 오브 해저더스 머티어리얼즈(Journal of Hazardous materials)'에 지난해 10월 20일 온라인 게재됐다.

한편, 미세 입자 계측 분야는 대기오염, 반도체 공정, 에어로졸 연구 등 다양한 연구 분야에서 활용이 가능한 만큼 연구자들이 항상 많은 관심을 갖는 분야다. 하지만 기존에 사용되는 석영 공진 센서는 측정이 필요한 입자와 센서 간 완전한 접촉이 어려워 계측이 정확하지 않은 문제가 있어왔으며, 계측 장비가 습도의 영향으로 인한 센서 오류에 따른 신뢰성이 저하되는 등 다양한 문제점이 있어 왔다.

여기에, 관련 장비가 고가인 점 또한 다른 분야 응용에 있어 큰 제약이었다.

[e-mail] 김만기 기자