나노기술 및 정책 정보

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화석 연료 자동차와 가스 연소 스토브에서 배출되는 대기 오염 물질인 이산화질소는 기후에 좋지 않을 뿐만 아니라 건강에도 좋지 않음. 이산화질소에 대한 장기간 노출은 심장 질환, 천식과 같은 호흡기 질환 및 감염 증가와 관련이 있음.

이산화질소는 무취이며 보이지 않으므로 유해한 농도의 독성 가스를 정확하게 감지할 수 있는 특수 센서가 필요함. 그러나 현재 사용 가능한 대부분의 센서는 적절한 성능을 얻기 위해 일반적으로 고온에서 작동해야 하므로 에너지 집약적임.

미국 버클리연구소와 캘리포니아 대학교 버클리 연구진은 초박형 센서를 개발함. 실온에서 작동하여 기존 센서보다 전력을 덜 소비하는 원자적으로 얇은 2D 센서를 개발함. 레늄 니오븀 디설파이드의 단층 합금으로 구성된 새로운 2D 센서가 우수한 화학적 특이성과 회복 시간을 보임.

그래핀과 같은 재료로 만든 다른 2D 장치와 달리, 새롭게 개발된 2D 센서는 암모니아 및 포름 알데히드와 같은 다른 독성 가스에 대한 반응을 최소화하면서 이산화질소 분자에 전기적으로 선택적으로 반응함. 또한 새로운 2D 센서는 최소 50ppm의 초 저농도의 이산화질소를 감지할 수 있음.

이황화 몰리브덴 또는 탄소나노튜브를 기반으로 하는 센서가 이산화질소를 감지하면 실온에서 원래 상태로 복구하는 데 몇 시간이 걸리지만, 개발된 센서는 단 몇 분 밖에 걸리지 않음.

새로운 센서는 초박형일 뿐만 아니라 유연하고 투명하기 때문에 웨어러블 환경 및 건강 모니터링 센서에 적합함. 연구진은 버클리 연구소의 슈퍼 컴퓨팅 사용자 시설인 National Energy Research Scientific Computing Center(NERSC)의 Cori 슈퍼 컴퓨터를 사용하여 기본 감지 메커니즘을 이론적으로 식별함.

본 연구 성과는 Nano Letters ("High-Performance Atomically-Thin Room-Temperature NO2 Sensor")에 게재됨.