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광운대 오종민 교수 연구팀, 융복합 연구를 통한 차세대 고성능 습도센서 개발

왼쪽으로부터 조명연 석사과정(주저자), 오종민 교수, 김익수 석사과정(공동저자).

왼쪽으로부터 조명연 석사과정(주저자), 오종민 교수, 김익수 석사과정(공동저자).

광운대 전자재료공학과 오종민 교수 연구팀은 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 frontispiece 논문으로 선정되었다(주저자- 조명연(광운대학교), 김성훈(아주대학교))  
 
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.
 
 
온라인 중앙일보
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