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[IT뉴스][T나는 과학]"소금물로 유해가스 실시간 감지"…상온 센서 실용화 성큼

온카뱅크관리자

2026-04-16 10:57:32

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 보도기사 
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 히터 없이 작동…감도 2.5배·회복시간 86% 단축 웨어러블·환경 감시망 적용 가능성 확대
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 <img alt="KRISS가 개발한 그래핀의 전기화학적 염소화 공정 개략도" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202604/16/551724-22lyJQR/20260416105259993cqrh.jpg" data-org-width="600" dmcf-mid="KZ1vqWe4u6" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202604/16/551724-22lyJQR/20260416105259993cqrh.jpg" width="658">
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 KRISS가 개발한 그래핀의 전기화학적 염소화 공정 개략도
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 가스 누출 사고는 예고 없이 발생하지만, 감지 장치는 여전히 전력과 발열의 제약에 묶여 있었습니다. 특히 소형 기기에 탑재하기 어려워 실시간 감시의 걸림돌로 지적돼 왔습니다. 
 이러한 한계를 일상에 쉽게 구할 수 있는 '소금물'로 풀어낸 연구 결과가 나왔습니다.
 한국표준과학연구원(KRISS)이 소금물을 이용한 전기화학 공정을 통해 상온에서 유해가스를 빠르게 감지하고 회복하는 '염소화 그래핀 가스 센서'를 개발했습니다. 별도의 가열 장치 없이 구동 가능하다는 점이 핵심 특징입니다.
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 <img alt="KRISS가 개발한 염소화 그래핀 기반 가스센서" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202604/16/551724-22lyJQR/20260416105300343pwvt.jpg" data-org-width="600" dmcf-mid="2xcJCLFYu4" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202604/16/551724-22lyJQR/20260416105300343pwvt.jpg" width="658">
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 KRISS가 개발한 염소화 그래핀 기반 가스센서
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 ◆ 전력·발열 문제에 막힌 기존 센서
 가스 센서는 지하주차장과 산업 배관 등 유해가스 누출 위험 지역에 필수적입니다. 그러나 기존 센서는 소재를 수백 도까지 가열해야 하는 특성상 전력 소모가 크고 발열 부담이 뒤따랐습니다.
 대안으로 주목 받는 그래핀 기반 센서는 상온에서도 작동한다는 장점이 있지만, 가스를 감지한 뒤 원래 상태로 돌아오는 회복 속도가 느려 연속 측정에 제약이 있었습니다.
 연구진은 이렇게 '느린 회복' 문제를 해결하는 데 초점을 맞췄습니다.
 ◆ 소금물로 그래핀 개질…구조 단순화
 연구진은 염화나트륨 수용액, 즉 소금물을 활용한 전기화학 공정으로 문제를 해결했습니다. 그래핀 표면에 소금물을 떨어뜨린 뒤 전압을 가하면, 염소 성분이 그래핀 표면에 균일하게 결합해 센서의 성능을 높이는 방식입니다.
 기존에는 독성 염소가스나 염산을 활용하거나 고온·고압 공정이 필요했지만, 이번 방식은 별도의 유해 물질 없이도 처리가 가능해 안전성과 제조 효율을 동시에 확보했습니다.
 단순한 공정 변화지만, 실제 적용 단계에서의 비용과 위험을 낮춘 점이 실용화 측면에서 의미를 갖습니다.
 ◆ 감도·속도·회복 모두 개선
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 <img alt=" KRISS가 개발한 염소화 그래핀 가스 센서의 주요 가스 감지 성능 평가 결과" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202604/16/551724-22lyJQR/20260416105300519ugck.jpg" data-org-width="600" dmcf-mid="VY1vqWe4uf" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202604/16/551724-22lyJQR/20260416105300519ugck.jpg" width="658">
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  KRISS가 개발한 염소화 그래핀 가스 센서의 주요 가스 감지 성능 평가 결과
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 성능 개선 효과도 뚜렷합니다. 상온에서이산화질소 반응 민감도는 기존 대비 약 2.5배 높아졌습니다. 반응 속도는 157초에서 38초로 75.8% 줄었습니다. 
 특히 회복 시간은 1,485초에서 202초로 86.4% 단축됐습니다. 가스 감지 후 다음 측정까지 걸리는 시간이 약 25분에서 3분 수준으로 획기적으로 셈입니다.
 연속 모니터링이 가능한 수준으로 성능이 올라섰다는 평가입니다.
 ◆ '자연 회복' 원리…외부 열원 불필요
 연구진은 밀도범함수이론 계산을 통해 작동 원리도 규명했습니다. 염소가 결합된 그래핀은 이산화질소를 강하게 끌어당기지만, 동시에 공기 중 산소와도 활발히 반응합니다.
 가스를 감지한 뒤 깨끗한 공기에 노출되면 산소가 이산화질소를 밀어내면서 자연스럽게 센서가 회복됩니다. 별도의 열을 가하지 않아도 빠른 회복과 재사용이 가능한 원리입니다.
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 <img alt="염소화 그래핀 가스 센서 개발 연구진" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202604/16/551724-22lyJQR/20260416105300675jsdg.jpg" data-org-width="600" dmcf-mid="frM9aflw3V" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202604/16/551724-22lyJQR/20260416105300675jsdg.jpg" width="658">
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 염소화 그래핀 가스 센서 개발 연구진
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 ◆ 웨어러블까지 확장…센서 시장 변화 예고
 이번 기술은 히터가 필요없는 저전력 상온 구동 방식에 빠른 회복을 동시에 구현했다는 점에서 응용 범위가 넓습니다.
 스마트워치나 스마트폰 같은 웨어러블 기기뿐 아니라, 도시 단위 환경 감시망 구축에도 활용될 전망입니다.
 김연후 책임연구원은 "그래핀 센서의 약점이었던 회복 속도를 안전한 재료로 개선했다"며 "소형화와 저전력화를 가로막던 장벽을 낮춘 만큼 다양한 기기로 확장될 것"이라고 설명했습니다.
 이번 연구 성과는 재료화학 분야 국제학술지 'Journal of Materials Chemistry A' 2025년 12월호 표지 논문으로 선정됐습니다.
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 <img alt="Journal of Materials Chemistry A 표지 선정 이미지" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202604/16/551724-22lyJQR/20260416105300836gcym.jpg" data-org-width="305" dmcf-mid="4GVUezwa72" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202604/16/551724-22lyJQR/20260416105300836gcym.jpg" width="658">
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 Journal of Materials Chemistry A 표지 선정 이미지
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 (사진=한국표준과학연구원) 
 김건교 취재 기자 | kkkim@tjb.co.kr
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