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  • 기사등록 2020-11-24 13:00:02
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▲ (왼쪽부터) KAIST 신소재공학과 김준규 박사과정, 김일두 교수, 정우철 교수



[기계신문] KAIST 신소재공학과 김일두 교수·정우철 교수 연구팀이 POSTECH 한정우 교수팀과 GIST 김봉중 교수팀과의 공동 연구를 통해 단 한 번의 열처리로 금속산화물 감지 소재 표면에 나노촉매를 자발적으로 형성시켜 황화수소 기체만 선택적으로 감지하는 고안정성 센서를 개발했다.


나노입자 촉매를 금속산화물에 형성하기 위한 기존 방식들은 진공을 요구하거나 여러 단계의 공정이 필요하기 때문에 시간과 비용이 많이 들뿐더러 촉매가 쉽게 손실되고 열에 불안정하다는 문제가 발생한다.



▲ 저운 엑솔루션 현상을 통해 이리듐 나노입자 촉매가 텅스텐 산화물 표면에서 형성되는 과정



공동 연구팀은 문제해결을 위해 낮은 공정 온도에서도 열적 안정성을 유지하면서 나노입자 촉매들을 금속산화물 지지체에 균일하게 결착시키기 위해 금속산화물의 실시간 상변화를 활용한 저온 엑솔루션 기술을 새롭게 개발했다.


엑솔루션(Ex-solution)은 금속 및 금속산화물 고용체를 가열해 성분을 분리하고, 이를 통해 실시간으로 금속 나노 입자 촉매를 금속산화물 표면에 균일하면서도 강하게 결착시키는 기법이다. 특별한 공정 과정 없이 열처리만을 활용하기에 친환경적인 미래 기술로 주목받고 있다.



▲ (가) 엑솔루션 전 상태의 가스민감도 특성, (나) 엑솔루션 후 나노입자 촉매가 형성된 센서의 가스민감도 특성



연구팀은 저온 엑솔루션 기술을 기반으로 합성된 재료를 활용해 악취의 근원이 되는 황화수소 기체만 선택적으로 감지할 수 있으면서 기존 가스 센서보다 훨씬 안정성이 향상된 가스 센서를 개발하는 데 성공했다.


연구팀이 개발한 저온 엑솔루션 기술은 우리 생활에서 쉽게 접할 수 있는 구취 진단기에 응용이 가능할 뿐만 아니라 산화 촉매, 개질 반응 등 다양한 나노입자 촉매가 활용되는 물리화학 촉매 개발에 쉽게 활용할 수 있다.



▲ 저온 엑솔루션 공정을 이용하여 제조된 센서가 장착 가능한 구취 진단기



KAIST 김일두 교수는 “이번에 개발한 저온 엑솔루션 공정은 고성능·고안정성 나노촉매 합성을 위한 핵심적 기술로 자리를 잡을 것”이라면서 “연구에서 발견한 구동력과 응용 방법을 활용하면 다양한 분야에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다”고 밝혔다.


이번 연구는 KAIST 김일두·정우철 교수와 POSTECH 한정우 교수, GIST 김봉중 교수 외에 KAIST 신소재공학과 장지수 박사와 김준규 박사과정 학생이 제1 저자로 참여했다.


연구 결과는 재료 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)’ 10월 온라인판에 게재됐으며, 연구의 우수성을 인정받아 같은 저널 11월호 속표지 논문으로 선정됐다. 또한, 관련 기술은 국내외에 특허 출원을 신청할 예정이다.


기계신문, 기계산업 뉴스채널

권혁재 기자 hjk@mtnews.net

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