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POSTECH·ETRI 공동연구팀, 실시간 감지 광학 습도 센서 개발

박영재 기자 | 기사입력 2022/03/28 [09:33]

장수풍뎅이와 같이 습도에 따라 색이 바뀌면서도, 속도를 기존 광학 센서보다 1만 배 더 높인 센서가 나왔다.

 

▲ 초고속 풀 컬러 비색 습도 센서의 개략도와 작동 원리 (C) 포스텍


POSTECH(포항공과대학교, 총장 김무환)은 기계공학과·화학공학과 노준석 교수?화학공학과 통합과정 정충환·장재혁 씨, ETRI(한국전자통신연구원, 원장 김명준) 홍성훈 책임연구원·

 

김수정 박사, GIST(광주과학기술원, 총장 김기선) 송영민 교수와의 공동연구로 초고속 광학 습도 센서를 개발했다고 28일 밝혔다.

 

빛을 이용한 센서는 심전도나 대기질 측정 등 이미 우리 생활에서도 활용되고 있다. 빛을 이용해 주변의 변화를 감지하고 이를 디지털 신호로 변환하는 원리다.

 

연구팀은 무질서한 금속 나노 입자층과 키토산 하이드로젤, 금속 반사판을 이용해, 금속-하이드로젤-금속 구조의 광학 센서를 만들었다. 주변의 습도가 바뀌면 팽창과 수축을 반복하는 키토산 하이드로젤의 특성 때문에 센서의 공진 주파수가 변화한다.

 

이 센서는 기존의 파브리-페로(Fabry-Perot) 간섭 기반의 광학 센서보다 약 1만 배나 빠른 속도를 자랑한다. 이처럼 빠른 반응속도는 습도에 따라 색깔이 바뀌는 장수풍뎅이의 껍질과 같이 센서를 구성하는 나노 입자 사이에 다공성 공간이 존재하기 때문이다.

 

POSTECH 노준석 교수는 “본 습도 센서는 나노물질과 나노구조가 적용되었지만 저비용으로 대량생산할 수 있다는 게 특징”이라며 “습도 변화에 따라 다양한 보안 코드를 보여줌으로써 습도에 민감한 전자 장치, 지폐, 여권, 신분증 등의 보안 태그로 활용할 준비를 하고 있다”고 말했다.

 

한편, 이번 연구는 삼성미래기술육성센터의 지원을 받아 이뤄졌으며 최상위 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 최근 게재됐다. .

 

<구글 번역으로 번역한 영문 기사의 전문 입니다. 번역에 오류가 있을 수 있음을 밝힙니다.>

 

POSTECH-ETRI joint research team develops real-time sensing optical humidity sensor

 

A sensor that changes color according to humidity like a long-lived beetle, but has a speed 10,000 times higher than that of an existing optical sensor has been released.

 

POSTECH (Pohang University of Science and Technology, President Kim Moo-hwan) is Professor Noh Jun-seok of the Department of Mechanical Engineering and Chemical Engineering, Chung-hwan Jeong and Jae-hyeok Jang of the Department of Chemical Engineering, ETRI (Electronics and Telecommunications Research Institute, President Kim Myung-jun) Hong Seong-hoon, Senior Researcher,

 

It announced on the 28th that it has developed an ultra-fast optical humidity sensor through joint research with Dr.

 

Sensors using light are already being used in our daily lives, such as electrocardiogram and air quality measurement. It uses light to detect changes in its surroundings and converts it into a digital signal.

 

The research team made an optical sensor with a metal-hydrogel-metal structure using a disordered metal nanoparticle layer, chitosan hydrogel, and a metal reflector. When the surrounding humidity changes, the resonant frequency of the sensor changes due to the characteristic of chitosan hydrogel that expands and contracts repeatedly.

 

This sensor is about 10,000 times faster than the conventional Fabry-Perot interference-based optical sensor. This fast reaction rate is because there is a porous space between the nanoparticles that make up the sensor, like the skin of a long-lived beetle that changes color depending on humidity.

 

Professor Noh Jun-seok of POSTECH said, “This humidity sensor is characterized by being able to mass-produce at low cost although nanomaterials and nanostructures are applied. We are preparing to use it as a security tag for

 

Meanwhile, this research was supported by the Samsung Future Technology Development Center and was recently published in the top international academic journal ‘Science Advances’. .


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