[산업일보]
한국연구재단(이사장 조무제)은 안성일 교수(신라대) 연구팀이 그래핀 막을 이용해 진공압력을 측정할 수 있는 새로운 원리를 발견하고, 이를 활용해 진공압력 측정센서 원천 기술을 세계 최초로 개발했다고 밝혔다.

진공기술은 거의 모든 연구개발 및 산업 영역에서 이용되는 보편화된 기술로 표면과학, 박막제조기술, 우주과학, 재료과학 등 자연과학과 공학 계열의 대부분에서 사용된다. 따라서 진공도 측정 기술은 매우 중요하다.

그동안 진공 압력을 측정하기 위해서는 진공 중의 기체분자에 의한 열전도, 이온화된 기체분자에 의한 전류, 혹은 외압과 내압 간의 물리적 힘으로 변형돼 나타나는 전기적 특성을 이용했다.

그러나, 기존의 센서는 정밀한 측정이 어려워 측정 오차가 10% 이상에서 압력 범위에 따라 최대 30% 이상의 큰 오차를 가지며, 한 개의 센서를 사용해 상압에서 고진공까지의 압력을 측정하지 못하는 단점이 있다.

또한, 현재 사용되고 있는 진공압력 센서는 미세한 저항 혹은 전류 값 변화를 감지하기 위해서 복잡하고 덩치가 큰 시스템으로 구성된다.

따라서 얇은 형태의 진공 시스템의 내부 진공도 측정과 진공도에 따른 불량 판정, 진공도에 따른 소자 동작 특성 연구는 현재의 진공센서를 이용해 측정할 수 없거나, 대안 기술들을 사용해 측정할 수 있지만 오차율이 매우 높았다.

이에 안성일 교수 연구팀은 이성의 교수(한국산업기술대학교), 김승윤 박사(아주대학교), 최경근 박사(나노융합기술원)와 공동으로 기체 분자 양에 따라 그래핀 막 내에 존재하는 그래핀 조각 간의 간격이 반데르발스 인력에 의해서 변화하고 이것이 전기 전도도와 비례함을 밝혀냈다.

또한 진공압력을 측정할 수 있는 새로운 센서를 개발해 세계 최초로 이용했다.

이 진공압력센서는 상압에서 고진공까지 높은 정밀도 진공 측정이 가능하며, 매우 얇은 그래핀을 이용하므로 초소형 센서 제작이 용이하다. 학문적인 연구 분야를 비롯해 진공을 이용한 생산기술 분야, 우주개발에 필요한 진공센서 기술 등의 응용 연구에도 적용할 수 있다.

안성일 교수는 “이번 연구는 그래핀을 이용한 소자의 상용화 토대를 마련해 IT 및 최첨단 기술 등 향후 미래 기술에 적용 가능하다”면서, “향후 3년 이내에 상용화가 가능할 것으로 예상하며, 3조 원 가량의 세계시장에서 수입 대체 효과 및 경쟁력을 얻게 될 것이다”라고 말했다.

산업일보 김진성 기자 weekendk@kidd.co.kr 

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'진공압력 측정기술' 개발…우주 진공센서 등에 적용

(대전=연합뉴스) 박주영 기자 = 한국연구재단은 신라대 안성일 교수·한국산업기술대 이성의 교수·아주대 김승윤 박사·나노융합기술원 최경근 박사 공동 연구팀이 신소재인 그래핀을 이용해 진공압력을 측정할 수 있는 기술을 개발했다고 29일 밝혔다.

그래핀은 흑연의 한 층에서 떼어낸 2차원 탄소나노물질로, 기계적 강도와 전기 전도도가 높아 반도체 분야 '꿈의 신소재'라 불린다.

진공기술은 표면과학, 박막제조기술, 우주과학, 재료과학 등 자연과학과 공학 계열 대부분의 연구개발·산업 분야에 활용된다.

진공 압력 측정을 위해 진공 중 기체분자에 의한 열전도, 이온화된 기체분자에 의한 전류를 측정하는 기술이 쓰인다.

하지만 기존 센서는 측정 오차가 10%에서 최대 30%에 달하는 등 큰 데다, 한 개의 센서로 평상시 압력에서 높은 진공까지의 압력을 측정하지 못한다는 단점이 있다.

또 복잡하고 규모가 큰 시스템으로 돼 있어, 미세한 저항·전류 값의 변화를 감지하기 어려웠다.

연구팀은 기체 분자의 양에 따라 그래핀 막 안에 존재하는 그래핀 조각 간 간격이 반데르발스 인력(1나노미터(㎚, 10억분의 1ｍ) 이하 거리의 원자·분자 간에 발생하는 인력)에 의해 변화한다는 것을 밝혀냈다.

또 기체분자의 양이 전기 전도도와 비례한다는 사실을 확인했다.

이 같은 원리를 이용해 개발한 진공압력 센서는 상압에서 고진공까지 정밀한 진공 측정이 가능하며, 매우 얇은 그래핀 막을 이용하기 때문에 센서를 초소형화할 수 있다.

안성일 교수는 "앞으로 3년 이내에 상용화될 것으로 보고 있으며, 3조원 가량 세계 시장에서 수입 대체 효과를 거둘 수 있을 것"이라며 "진공을 이용한 생산기술 분야, 우주개발에 필요한 진공센서 기술 등에 적용할 수 있다"고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단 일반연구지원사업(교육부 소관사업)의 지원을 받았다. 연구 성과는 네이처 자매지인 '사이언티픽 리포트'(Scientific Report) 15일 자에 실렸다.

연합뉴스 jyoung@yna.co.kr