생기원, 1PPM 미만 저농도 에틸렌 정밀 감지
아연센서 표면에 니켈 나노입자 적용..30일 유지
아연센서 표면에 니켈 나노입자 적용..30일 유지
한국생산기술연구원은 정영규 수석연구원 연구팀이 식품 저장·유통 단계에서 에틸렌을 감지해 농산물 폐기량을 줄일 수 있는 '에틸렌 감지 센서'를 개발했다고 25일 밝혔다.
에틸렌은 식물 생장 과정에서 자연 발생하는 호르몬으로, 농도가 0.1 ppm 이상 올라가면 과일과 채소 숙성이 촉진돼 품질이 떨어진다.
현재 상용화된 에틸렌 센서는 전기화학식이나 가스크로마토그래피(GC) 방식으로, 부피가 크고 가격이 비싸 농가 등에 보급에 제약이 많다. 반도체식 센서의 경우 고온에서 작동해 장기간 사용하기에 안정성이 낮고, 반응성이 약한 에틸렌과 같은 물질은 감지하기 어렵다.
연구팀은 아연 산화물(ZnO) 센서 소재 표면에 니켈(Ni) 나노입자를 균일하게 용출하는 기술을 적용, 센서에 고르게 분포시켜 장시간 에틸렌만을 선택적으로 감지하는 센서를 개발했다. 촉매 용출법은 센서 소재 물질 내부에 있던 특정 금속 원소를 밖으로 끌어내 초미세 나노입자로 만드는 기술이다.
니켈 용출법을 적용한 센서는 30일 동안 장기간 테스트에서 성능 저하 없이 1ppm 미만 초저농도 에틸렌까지 감지해 냈다. 용출된 니켈 나노입자가 20∼30나노미터 크기로 균일하게 성장해 에틸렌 감지 정밀도를 높이는 촉매 역할을 함으로써 식품 부패 시 발생하는 암모니아 등의 방해 가스 간섭 없이 에틸렌만을 선택적으로 감지한다.
또한 니켈이 센서 소재 표면에 강하게 고정돼 있어 고온에서도 장시간 안정적으로 에틸렌을 감지할 수 있다. 개발된 센서는 상대 습도 80% 이상의 환경에서도 감도 저하 없이 안정적으로 동작해 저장·유통 현장에서 활용도가 클 것으로 기대된다.
정영규 생기원 수석연구원은 "감지가 어려웠던 에틸렌 가스를 장기간 정확하고 안정적으로 감지할 수 있는 반도체식 센서를 개발했고, 제작비용까지 저렴해 곧바로 실제 현장에 적용 가능하다"며 "물류창고 등 과실 저장 시설에 에틸렌 센서를 보급하기 위한 실용화 연구를 한국식품연구원과 공동 추진할 계획"이라고 말했다.
이 연구결과는 재료화학 분야 국제 학술지 '저널 오브 머티리얼즈 케미스트리A(2월호)'에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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