오종민 교수 연구팀(전자재료공학과), 융복합 연구를 통한 차세대 고성능 습도센서 개발 성공

– 신규 재료 및 공정 기술 개발을 통한 초고감도/고내구성 정전용량형 세라믹 습도센서 개발 –

– 기상, 건축 및 자동차 분야 등의 초정밀 습도측정/제어용 차세대 환경 센서로의 응용 기대 –

@ (왼쪽부터) 조명연 석사과정(주저자), 오종민 교수, 김익수 석사과정(공동저자)

모교 오종민 교수 연구팀(전자재료공학과)은 아주대학교 응용화학생명공학과 김상욱 교수 연구팀, 광운대 전자공학과 김남영 교수 연구팀과의 창의적인 융복합 공동 연구를 통해 세계 최고 수준의 초고감도/고내구성 정전용량형 세라믹 기반 습도 센서를 개발하는데 성공했다.

최근 산업의 급격한 발전으로 인해 가정에서는 물론 정밀 소재를 생산하는 공정 시설 내의 효율적인 에너지 관리 및 유비쿼터스 센서 시스템을 실현하기 위해 습도 환경 정보의 변화를 정밀하게 감지할 수 있는 습도 센서의 중요성이 날로 부각되고 있다.

특히, 세라믹 기반 정전용량형 습도 센서는 물리적, 화학적 및 열적으로 안정하여 향후 다양한 분야에서 활용될 습도 센서의 주종을 이룰 것으로 기대되고 있다. 하지만 이러한 세라믹 기반 습도 센서는 저습 영역에서의 낮은 민감도/선형성 및 고온 공정 혹은 복잡한 제작 절차로 인해 높은 공정 비용이라는 한계에 봉착되어 왔다.

이에 광운대 오종민 교수 공동 연구팀은 세라믹 재료의 고내구성을 유지하고 계면 분극의 극대화로 인한 전체 습도영역의 민감도 및 선형성을 향상시키기 위해 신규 BaTiO3/CsPb2Br5 세라믹 나노 복합 재료를 설계 및 합성하고, 이 복합 재료를 상온 필름 증착 기술인 에어로졸 데포지션 공정을 통해 나노 복합 필름 제작 기술을 신규 개발하였으며, 시뮬레이션으로 최적 설계된 기판상에 고속으로 필름을 형성한 후(~3분/샘플), 정밀 습도 측정 장비를 통해 21426 pF/RH%의 초고감도, 0.991의 높은 선형성, 70 RH%이상 고습에서의 고내구성 특성(변화율: ~3%) 등의 우수한 성능을 확인하였다. 또한, 다양한 분석을 통해 새로운 습도 감지 메커니즘을 규명하였다.

오종민 교수는 “이번에 개발한 초정밀 습도 센서는 지구온난화로 인한 급격한 기상이변을 대비할 수 있는 기상예보시스템 분야와 저소비/친환경성이 강조되는 미래 스마트 건축물의 효율적인 소비 에너지 제어/관리 분야, 자동차 내의 전방위 냉난방 시스템의 최적화 관리 분야 등 다양한 곳에서 차세대 환경 센서로서 활용이 기대된다”라고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 2019년도 정부의 재원들과 광운대의 교내연구비 지원으로 수행되었으며, 그 성과를 인정받아 와일리 (Wiley) 에서 발행하는 권위 있는 국제학술지인 어드밴스드 펑셔널 머티리얼스 (Advanced Functional Materials, IF=15.621) 2019년 11월 20일자 온라인 판에 게재되었으며 frontispiece논문으로 선정되었다(주저자- 조명연(광운대학교), 김성훈(아주대학교)) Web link: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201907449

또한 논문의 주저자인 광운대 조명연 석사과정 학생은 전자재료공학과 학사를 졸업하고 2018년도에 전자재료공학과 대학원에 입학하였으며 현재까지 SCI(E) 논문 18편 (주저자: 8편), 국내외 학술발표 30여편 등의 활발한 연구활동을 수행하고 있으며, 2020년에 해외 우수 대학에 박사과정으로 진학이 확정되어 있다.