세라믹기술원, 수중에서 작동 무전원 센서 원천기술 개발

배터리 없이 주위 환경 변화를 감지해 알려주는 센서

국내 연구진에 의해 수중에서 배터리 등의 전원 없이 동작할 수 있는 센서가 개발됐다.

한국세라믹기술원 이승협 박사와 김도은·아룬 연구원은 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 국가핵심소재연구단 플랫폼형 사업과 이공부야 기초 연구사업을 통해 표면에너지를 제어해 전원 없이 주위 환경을 감지하는 센서 소자의 원천기술을 개발했다.

일반적으로 센서는 전기로 동작해 전원이 필수적으로 필요하며 온도, 압력 등을 감지해 측정하는 장치를 말한다.

▲환경 변화 (온도, 수압)를 감지해 표시하는 센서 동작.ⓒ한국세라믹기술원

전원이 공급되기 어려운 환경인 수중에서는 일반적인 센서의 구동에 한계가 있다.

연구팀은 자기 계층화(Self-stratification) 방식으로 나노 입자를 강하고 균일하게 코팅하는 기술과 전원 공급 없이 표면에너지를 제어하는 방식으로 액체의 유입을 조절하는 기술을 개발했다.

개발한 무전원 센서는 3D 프린팅을 통해 제작된 플라스틱 구조에 나노 입자 표면 코팅 기술을 적용했다.

코팅된 센서는 초발수 특성으로 인해 표면에 공기를 머금고 물은 튕겨내는 성질을 가짐에 따라 센서 표면 전체에는 공기로 이루어진 얇은 막을 형성한다.

센서 안에 용매를 담는 것은 물론 외부에서 액체의 유입도 차단하게 된다.

일반적인 나노 구조는 기계적인 충격에 취약한 특성을 보이지만 개발한 나노 코팅 기술을 적용한 구조는 추가적인 접합 소재 없이 높은 내구성을 가진다.

개발한 센서를 수중에 두고 수중 환경이 변화가 일어나면 센서 표면에 있던 공기의 막이 없어지면서 센서 안팎으로 액체의 유입이 이루어지는 방식으로 작동한다.

수중에 기름 성분의 불순물에 노출시킨 결과 색이 있는 용매가 흘러나오며 불순물의 존재를 감지하게 된다.

수중에서 물의 온도 변화 및 수압 변화를 감지해 반응하는 특성도 구현이 가능하다.

한국세라믹기술원 이승협 박사는 “수중 환경 변화 감지, 수질 오염 검사 등 전원 연결이 어려운 환경에서의 센서에 대한 해결책을 찾았다”며 “개발된 나노 표면처리 기술을 응용하면 센서 뿐만 아니라 3D 프린팅 기술과 연관된 다양한 분야에 적용할 수 있다”고 말했다.

이번 연구 성과는 나노 레터스(Nano Letters)에 8월 25일 표지논문으로 게재됐다.