신라대학교(총장 김충석)는 신소재공학과 심영석 교수가 응용물리학 분야의 세계적인 학술지 어플라이드 피직스 리뷰(Applied Physics Reviews, 영향력지수(IF: 19.261)) 최근 호에 논문을 게재했다고 밝혔다.

심교수가 게재한 논문은 ‘근접장 나노패터닝법을 이용한 3차원 나노구조체 기반의 화학적, 기계적 센서 응용(Proximity-field nanopatterning for high performance chemical and mechanical sensor applications based on 3D nanostructures)’이다.

이번 논문은 학술지 편집장으로부터 초청받은 세계적 석학들이 해당 분야의 전반적인 내용을 총정리하는 논문으로, 심영석 교수는 교신저자로 참여했으며, KAIST 전석우 교수, 이진호 박사과정연구원, Haomin Chen 박사와 금오공과대학교 박준용 교수, 한국화학연구원 조동휘 박사가 함께 연구를 진행했다.

최근 4차산업혁명시대를 맞이하여 사물인터넷(Internet of Things, IoT)이 우리 일상에 적용되기 시작하면서 스마트한 도구들이 끊임없이 개발되고 있는 현실속에서 이는 정확하고 신속하게 각종 데이터를 측정할 수 있는 센서의 개발로부터 시작되며, 결과적으로 센서의 핵심 구성요소인 고성능 감지소재가 필요하게 된다.

연구팀은 근접장 나노패터닝 기술로 제작한 정렬된 3차원 나노구조체를 주형 (template)으로 활용함으로써, 고성능의 감지소재를 개발했으며, 이 구조체는 수백나노미터(nm, 10-9m) 크기의 나노기공이 500∼600나노미터 간격으로 촘촘히 연결된 형태이고 금속, 세라믹, 고분자 등 다양한 소재를 결합하여 화학적, 기계적 센서에 응용할 수 있는 소재 플랫폼 기술이다.

이번 논문에서 3차원 나노구조체 주형을 기반으로 가스의 확산을 극대화하여, 1초안에 유해물질을 감지하는 ‘초고속 가스센서’, 외부 전력공급이 없이 빛으로만 동작하는 ‘저소비전력 가스센서’, 폭발물을 감지하면 색이 변화는 ‘색변화 센서’ 등 고성능의 화학적 센서 개발에 대해 소개하였으며, 또한 신체 동작 및 자세 모니터링에 활용이 가능한 탄소나노튜브(CNT)가 코팅된 3차원 나노구조화된 실리콘 고무 소재의 인장에 따른 전기저항 변화(electrical resistance change) 현상을 활용한 ‘유연 인장 센서’, 3차원 나노 네트워크 기반의 신축성 나노 복합체에서의 빛의 산란 현상을 이용해 수%의 작은 인장률부터 80%에 달하는 큰 인장률까지 넓은 범위의 인장률을 안정적으로 측정할 수 있는 ‘광학 유연 인장 센서’를 소개했다.

심교수는 “4차 산업시대는 첨단센서의 시대이며, 첨단 센서를 만들기 위해서는 고성능의 감지소재 개발은 필수적이다”라며 “본 연구팀에서 개발된 3차원 나노구조체 기반의 센서는 의학, 환경, 산업안전, 화재, 자동차 등 다양한 분야에 즉시 활용이 가능하여, 4차 산업을 선도할 수 있는 핵심기술이 될 것으로 기대한다”라고 말했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단 원천기술개발사업(다부처 공동사업, 국민위해인자에 대응한 기체분자식별·분석기술개발 사업)과 한국연구재단 원천기술개발사업(나노 및 소재기술개발사업, 미래소재디스커버리사업) 그리고 국토교통부의 국토교통기술촉진연구사업 지원을 통해 이뤄졌다.