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빛으로 습도 측정하는 수분 센서 개발

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빛으로 습도 측정하는 수분 센서 개발

2020.05.26 17:57
노준석 포스텍 화학공학과 교수 연구팀은 습도에 따라 투과되는 빛의 파장대가 다른 수분센서를 개발했다. 포스텍 제공
노준석 포스텍 화학공학과 교수 연구팀은 습도에 따라 투과되는 빛의 파장대가 다른 수분센서를 개발했다. 포스텍 제공

국내 연구팀이 습도에 따라 받아들이는 가시광선의 파장대가 다른 습도 센서를 개발했다. 특정 파장대의 가시광선만을 투과시켜 원하는 색을 나타낼 수 있으며, 흡수되는 가시광선은 태양전지에 저장돼 추가적 전기도 필요 없다는 게 연구팀의 설명이다. 연구팀은 색 변화에 따라 습도를 예측하는 센서로 쓰일 수 있을 것으로 기대하고 있다. 


노준석 포스텍 화학공학과 교수 연구팀은 이 같은 센서를 개발했다고 26일 밝혔다. 이번 연구결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 옵티컬 머터리얼즈’ 이달 5일자 뒷표지 논문으로 발표됐다.


연구팀이 개발한 센서는 ‘패브리 페로 간섭’현상을 활용했다. 이 현상은 여러 파장이 필터에 입사되면 특정 공간에서 다중간섭현상을 발생시켜 특정한 파장만 투과시키고, 다른 파장들은 반사함으로써 원하는 데이터만 선별한다. 


연구팀은 이 현상을 일으키기 위해 키토산 하드로겔을 금속 사이에 넣는 형태로 제작했다. 그 결과 연구팀은 주변 습도에 따라 실시간으로 투과되는 빛의 공진 파장이 변하는 것을 확인했다. 연구팀은 “키토산 하이드로겔이 주변의 습도 변화에 따라 팽창과 수축을 반복하기 때문”이라고 설명했다.


연구팀은 이 형태를 이용해 주변 습도에 따라 색이 변하는 필터를 개발했다. 그런 다음 이 필터를 태양전지와 결합해 수분 센서를 제작했다. 연구팀은 “설계 원리는 필터의 공진파장을 태양전지의 흡수도가 급격하게 변하는 파장대와 겹치도록 하는 것”이라며 “이 필터는 수분량에 따라 태양전지의 빛 흡수량이 변하고, 이 변화에 따라 전류변화로 이어져 주변 습도를 감지 할 수 있도록 설계됐다”고 설명했다. 


노 교수는 “이 기술은 전원을 공급할 수 없고, 원자력발전소와 같이 사람의 손이 닿기 어려운 곳에서 사용될 수 있는 센싱 기술”이라고 말했다. 

 

이번 연구결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 옵티컬 머터리얼즈’ 이달 5일자 뒷표지 논문으로 발표됐다. 포스텍 제공
이번 연구결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 옵티컬 머터리얼즈’ 이달 5일자 뒷표지 논문으로 발표됐다. 포스텍 제공

 

 

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