심영석 한기대 교수/사진제공=한기대
이번 연구엔 심 교수(교신저자)를 비롯해 서준민 메사추세츠공대(MIT) 박사와 강종윤 한국과학기술연구원(KIST) 박사, 장호원 서울대 교수 등이 참여했다.
연성형판(Soft-template) 방법은 희생층을 기반으로 정렬된 중공형의 나노구조체를 쉽게 제작할 수 있으며, 희생층의 형상 변화에 따라 나노구조체를 변형할 수 있어 다양한 분야에 활용된다. 하지만 희생층이 제거된 빈 공간은 가스의 확산이 어려워서 중공형 나노구조체의 내면을 반응에 활용할 수 없다는 한계가 있다.
또한 분화구 형상의 나노구조체 내면과 외면에 금(Au) 촉매를 코팅할 수 있는 기술을 함께 개발했다. 가스반응 실험에서 대장암 바이오 마커인 에탄올(C2H5OH), 메틸메르캅탄(CH3SH) 가스에 대한 선택성을 확보하고 세계 최고 수준의 이론적 감지 한계인 1.8ppt, 0.037ppt를 달성했다.
연구진은 아울러 열-전달 분포 시뮬레이션을 운용해 조사되는 레이저 세기에 따른 표면개질의 변화 원리를 규명하는데도 성공했다.
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심 교수는 "레이저 조사를 통한 표면개질 기술은 산화주석뿐만 아니라 다양한 산화물에 즉시 적용 가능하다"고 소개한 뒤 "반복 공정을 통해 적층 구조로 만들어 표면적을 더욱 증가시킬 수도 있다"며 "가스센서뿐만 아니라 넓은 반응 면적이 필요한 다양한 분야에 응용할 수 있을 것"이라고 설명했다.
한편 이번 연구는 과기부가 주관하는 한국연구재단의 '나노 및 소재 기술 개발사업'의 지원을 받아 이뤄졌다. 연구결과는 국제학술지인 스몰 스트럭쳐스(Small Structures, IF: 11.343) 온라인판에 'Facile Formation of Metal-Oxide Nanocraters by Laser Irradiation for Highly Enhanced Detection of Volatile Organic Compounds'라는 제목으로 게재됐다.
심영석 교수의 연구 자료. 레이저 조사에 따른 산화주석 나노돔 표면변화 및 반응성 향상 이미지./사진제공=한기대