↑↑ DGIST 로봇공학전공 김회준 교수(가운데)와 연구진.

DGIST 로봇공학전공 김회준 교수팀과 한국기계연구원 환경기계연구본부 김상복 박사팀이 공동연구를 통해 열가소성 플라스틱 폴리머(Poystyrene)을 활용한 초소형 미세먼지 센서를 개발했다. 새롭게 개발된 센서는 마이크로 히터를 통해 폴리머의 물성 조정을 통한 미세 먼지의 효율적인 포집을 가능할뿐만 아니라, 고습도 환경에서도 안정적인 구동이 가능해, 향후 다양한 활용이 기대된다.

미세 입자 계측 분야는 대기오염, 반도체 공정, 에어로졸 연구 등 다양한 연구 분야에서 활용이 가능한 만큼 연구자들이 항상 많은 관심을 갖는 분야다. 하지만 기존에 사용되는 석영 공진 센서는 측정이 필요한 입자와 센서 간 완전한 접촉이 어려워 계측이 정확하지 않은 문제가 있어왔으며, 계측 장비가 습도의 영향으로 인한 센서 오류에 따른 신뢰성이 저하되는 등 다양한 문제점이 있어 왔다. 여기에, 관련 장비가 고가인 점 또한 다른 분야 응용에 있어 큰 제약이었다.

로봇공학전공 김회준 교수팀은 열가소성 플라스틱 소재인 폴리스티렌 물질을 활용해 입자와 센서 간의 접촉력을 향상시킨 새로운 센서를 개발했다. 폴리스티렌 물질은 가열 온도에 따라 표면 흡착력을 달리해 입자 포집 및 센싱에 용이한 소재다.

이 때 김회준 교수팀은 개발한 센서에 마이크로 히터 시스템을 설치, 외부의 열원이 없더라도 센서가 자체적으로 열 발생을 조절해 폴리스티렌의 흡착력을 제어할 수 있도록 했다. 이 때, 설치된 마이크로 히터는 센서의 흡착력 제어뿐만 아니라 외부 습기의 영향을 받아 미세 입자 표면에 발생하는 수분 응축 현상도 함께 억제시켜, 센서의 측정 신뢰도를 함께 높였다. 이처럼 이번에 개발된 센서는 외부 환경 요인 (온도, 습도)에 크게 구애를 받지 않는 장점을 지녀, 향후 다양한 산업 분야에 활용이 기대된다.

김회준 로봇공학전공 교수는 “대기 미세먼지 계측 센서를 연구하여 미세 입자 센서 기술 개발에 관심을 갖게 됐다”며, “단순히 대기 미세먼지 센서를 개발하는 것에 멈추자 않고 실제 응용 분야에 맞는 소자 개량을 통해 다양한 환경에서 적용할 수 있는 미세 입자 센서 개발을 목표로 연구를 계속할 것이다”고 했다.

한편, 이번 연구는 그 우수성을 인정받아 환경공학 분야 권위 있는 국제 학술지 중 하나인 ‘Journal of Hazardous materials’에 지난 10월 20일 온라인 게재됐다.
윤기영 기자