포스텍 기계공학과·화학공학과 노준석 교수·통합과정 김인기씨 연구팀과 화학공학과 김영기 교수·통합과정 김원식 씨 연구팀이 공동연구를 통해 메타표면과 가스 반응형 액정 기술을 접목해 외부로부터 유해가스가 유입되면 즉각적인 홀로그램 형태의 시각 알람을 눈앞에 띄울 수 있는 센서를 개발했다. 이번 연구의 성과는 세계적인 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 7일 자에 게재됐다.
석유화학 공장 등 위험 환경 작업자에게 있어 가스센서는 생명과도 직결된다. 현장 상용 가스센서 보급률이 높지 않은데, 이는 상용 가스센서가 복잡한 기계와 전자장치로 이뤄져 있어 비용이 높다는 것이 가장 큰 이유다. 뿐만 아니라 상용 가스센서는 사용법이 복잡하며, 휴대성이 떨어지고, 반응속도가 느리다는 한계가 지적되고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 빛을 굴절률을 제어해 보이는 물체를 사라지게 하는 ‘투명망토’를 구현할 수 있는 미래 광학소자로 잘 알려진 메타표면에 주목했다. 특히, 메타표면은 빛을 자유자재로 제어해 양방향 홀로그램이나 3D 영상 이미지를 전송하는 데도 활용된다.
연구팀은 메타표면을 활용해 외부에서 가스가 유입되면, 센서 소자 내부 액정 층에서 액정 분자 배열이 바뀌고 이를 통해 변화되는 편광 빛을 활용해 단 몇 초 만에 알람 형태의 홀로그램 이미지를 공간상에 띄울 수 있는 가스센서를 개발했다. 이번에 개발한 센서는 200ppm 정도 극미량의 가스도 감지할 수 있는 것으로 확인됐다.
노준석 교수는 “이번에 개발한 초소형 웨어러블 형태의 가스센서는 기존의 청각이나 단순 불빛 알람 신호보다 더욱 직관적인 홀로그램 형태의 시각 알람을 제공함한다”며, “주변 청각적, 시각적 잡음이 많고, 급박하게 돌아가는 작업 환경에서 더욱 효과를 발휘할 것으로 기대된다”고 말했다.
신동선 기자
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