박재영 교수 연구팀(전자공학과), 중금속 검출 센서 응용기술 개발 성공

– 박재영 교수 연구팀, 고성능의 환원된 산화그래핀 미세패터닝 공정 및 중금속 검출 센서 응용기술 개발 성공 –

 

fetjhsykofiuqgsczqcc1

본교 전자공학과 박재영 교수 연구팀은 고성능의 환원된 산화그래핀(RGO, reduced graphene oxide)소재를 수십 마이크로미터크기의 다양한 형상으로 제작하고, 이를 응용하여 전기화학기반 초고감도 중금속 센서를 단일 칩 위에 소형화하여 제작하는데 성공하였다.

 

* 산화그래핀 : 널리 알려진 그래핀 소재 위에 산소 원자가 붙어있는 것을산화그래핀이라하며, 산화 그래핀은

전기적 특성이 매우 떨어지는 단점이 있어 이를 개선하기 위하여 산소 원자를 특정 비율로 제거하는 소재를 환원된 산화그래핀이라고 함

 

기존의 소형화된 전기화학 중금속 이온 검출 센서는 사용하는 작업 전극 면적이 작기 때문에 센서의 민감도가 낮고, 센서가 검출 가능한 최저농도인 검출한계가 충분히 낮지 않는 단점이 있었다. 민감도를 향상하기 위해 많은 나노소재 연구가진행 되었으며, 그 중 환원된 산화그래핀 소재가 성능향상에 효과가 있다는 연구결과가 발표되었음에도 불구하고, 환원된 산화그래핀 소재의 특성에 영향을 주지 않고 미세 패터닝 하는 기술개발이 이루어지지 못하여 소형화 및 단일 칩 위에 집적화된 고감도의 중금속 이온 검출 센서가 아직까지 개발되지 못하였다.

 

박재영 교수 연구팀은 리소그래피 기술(마이크로 스케일의 매우 작은 패턴을 형성시키기위해 사용되는 반도체 공정 기술 명칭)을 이용하여 성능에 저하 없이 RGO 소재를 미세 패터닝하는 공정기술을 광운대 독자 기술로 개발하는데 성공하였다. 본 기술은 선행기술과 달리 저온, 무독성, 저공정비용, 대량생산이 용이하기 때문에 전기화학기반의 고감도 환경/바이오 센서 및 에너지 저장 소자등에 폭 넓게 적용이 가능할 것으로 전망된다. 또한 본 연구에서는 미세 패터닝된 RGO 전극소재 위에 비스무스(Bi) 촉매전극을 증착하는 하이브리드 공정을 통하여 중금속 이온센서를 제작 하였다. 본 센서를 이용하여 0.4 ppb (납), 1 ppb (카드뮴) 의 매우 낮은 농도까지 검출하는데 성공하였고, 식음 수에도 적용하여 상용화 가능성을 타진하였다.

 

이번 연구는 미래창조과학부의 정보통신기술진흥센터가 추진하는 IT·SW융합산업원천기술개발사업 및 산학연협회의 중소기업청, 광운대학교의 지원으로 수행되었고, 연구 결과는 세계 최고의 과학전문지 네이처(Nature) 자매지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 9월 12일자 온라인 판에 게재되었다.

 

jinwfcnsyabhodadzjqp1

< RGO의 미세패터닝 공정기술 및 3전극 센서 제작 공정 개념도, RGO 화합물의 전자주사현미경(FE-SEM) 이미지, 식음수 기반의 중금속 이온 센서의 성능 평가 >