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새로운 고체전해질을 이용한 전류검출형 가스센서

전문가 제언: ○ 대기 및 작업환경을 양호하게 보전·관리하기 위해 환경오염의 원인이 되는 유독가스나 악취성분의 농도를 정확히 파악할 필요가 있다. 가스센서는 혼합기체에서 검출되는 가스를 선택적으로 감지하고, 기전력이나 저항치, 흡광도 등의 신호로서 검출량을 출력하는 장치이다. 이 센서는 일반적으로 표시기록장치, 경보장치와 제어장치에 연동하는 형태로 여러 종류의 기기와 조합하여 실용화 되고 있다.

○ 가스센서는 반도체 센서, 고체전해질을 이용한 기전력방식 센서, 고체전해질을 이용한 전류검출 방식 센서의 세 종류가 현재까지 실용화 또는 검토되고 있다. 그 중에서 SnO2로 대표되는 반도체 센서는 가격이 저렴하여 가스누출 경보기 등으로 사용되고 있으나, 가스 선택성이 낮은 문제점이 있다. 고체전해질을 이용한 센서로는 기전력 검출방식과 전류 검출방식으로 나누어진다. 현재 Y2O3을 이용한 안정화 ZrO2 산소센서가 많이 보급되어 있다.

○ 화학센서는 화학적인 상호반응을 이용하며 센서소자가 소형이고 저렴하지만 선택성, 감도, 안정성 등에서 물리센서에 비하여 열세이다. 현재 사용되는 고체전해질의 Y2O3 안정화 ZrO2는 작동온도가 600℃ 이상으로 높아 전극의 성능 차가 나타나기 어려운 상황이다.

○ 이 문헌에서는 필자가 개발하고 있는 LaGaO3계 산화물을 이용한 전류검출형의 NO, 탄화수소, H2S 센서 개발에 대하여 소개하고 있다. 이 재료는 저온에서도 산소이온 펌핑이 가능한 산소이온 전도체로 기대되며, 현재 연료전지의 전해질로 응용되고 있다. 근래 전극의 성능 차이를 이용한 탄화수소 센서가 제안되어, 배기가스 중의 미연탄화수소의 모니터링용 센서로서 주목되고 있다.

○ 센서관련 연구는 국내에서도 활발히 추진하고 있으며, 우리나라의 전자관련 기술과 어울리는 분야라고 판단된다. 향후 새로운 재료 개발, 설계기술의 진전이 기대되며 국가주도의 체계적인 연구가 필요하다고 생각된다.

저자: Tatsumi Ishihara
자료유형: 학술정보