11일 KAIST에 따르면 신소재공학과 스티브 박·김일두 교수 공동연구팀이 유체 제어 기술로 금속 나노입자가 결착된 전도성 금속유기골격체(MOF) 박막을 제작, 이같은 가스센서를 만들었다.

다공성 나노 구조 물질 중 하나인 전도성 MOF는 다양한 종류의 금속 원자와 유기 분자로 인해 전하 수송, 전계 효과 및 전자 상호작용과 같은 전기적 특성이 제어 가능한 차세대 기능성 2D 전자 재료로 주목받고 있다. 에너지 저장, 전자 소자, 배터리, 가스센서 등 다양한 전자 분야에 쓰인다.

기존에는 고민감도 가스센서 제작에 한계가 있었는데 나노 수준의 균일한 박막 두께 제어, 대면적 박막 제작 및 초소형 나노입자 촉매의 균일한 결착이 어려웠기 때문이다.

연구팀은 미세 유체 시스템을 도입해 화학 반응을 단계적으로 제어하고 용액 전단 공정을 통해 균일한 전도성 MOF 박막을 제조하는 새로운 공정을 개발했다.

머리카락 굵기보다 가는 미세관 내로 합성에 필요한 용액을 흘려주면 물질 전달이 극대화돼 수백 밀리초의 매우 짧은 시간에도 화학 반응을 일으키고 제어할 수 있다. 이를 통해 금속 나노입자를 수 나노미터의 MOF 기공 내부에 균일하게 결착시킬 수 있다.

균일하게 합성된 초박막 구조의 전도성 MOF는 전자 이동 경로가 최소화되고 박막 내부까지 가스 흡착이 가능하기 때문에 높은 민감도를 보인다.

연구팀은 개발 박막을 활용해 대기 유독 가스 중 하나인 이산화질소 기체를 선택적으로 검출할 수 있는 가스센서를 개발하는 데 성공했다. 기존 2차원 소재 기반 가스센서 대비 우수한 가스 검출 특성을 검증했다.

플렉시블 기판에 적용 가능해 플렉시블 가스 센서뿐만 아니라 에너지 저장, 전자 소자, 배터리 등과 같은 다양한 플렉시블 전자 분야에 적용할 수 있다.