조선대 연구진, 저휘발성 폭발물 실시간 감지기술 개발
작성일
실리콘 나노와이어 기반 형광센서로 RDX·PETN까지 탐지…반복사용 가능성도 확인
조선대학교(총장 김춘성)는 반도체화학과 손홍래 교수 연구팀의 연구 논문이 화학공학 분야 국제학술지 「Chemical Engineering Journal」에 게재됐다고 밝혔다.
해당 학술지는 높은 국제적 영향력을 가진 저명 학술지로, 이번 논문은 환경공학 분야 JCR 상위 약 4% 수준의 저널에 게재되며 연구 성과의 학술적 가치를 인정받았다.
이번 연구에는 조선대학교 일반대학원 화학과 김성진 박사과정생과 반도체화학과 고경국 박사후연구원이 공동 제1저자로 참여했다.
◆ 기존 센서의 한계 넘어 저휘발성 폭발물까지 탐지
연구팀이 개발한 기술의 핵심은 다중 에너지 전달 원리를 적용한 실리콘 나노와이어 기반 반도체 형광센서다.
폭발물 가운데 TNT는 상대적으로 증기 상태에서 감지하기가 쉽지만, RDX와 PETN처럼 휘발성이 낮은 물질은 공기 중에 존재하는 증기 농도가 매우 낮아 탐지가 쉽지 않다.
연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 서로 다른 광학적 특성을 가진 실리콘 기반 발광 소재를 결합하고, 다중 포스터 공명 에너지 전달과 응집 유도 발광 향상 원리를 적용했다.
이를 통해 센서에서 발생하는 형광 신호를 강화하고 폭발물 증기와 센서 사이의 반응성을 높이는 방식으로 검출 성능을 향상시켰다.
특히 이번 연구는 기존에 주로 검출 대상으로 다뤄졌던 TNT를 넘어 RDX와 PETN까지 탐지 범위를 확대했다는 점에서 의미가 있다는 평가다.
◆ 상온에서 실시간 감지…높은 신호 회복률 확인
연구팀이 제작한 고체 박막 형태의 형광센서는 별도의 복잡한 조건 없이 상온에서 TNT, RDX, PETN 증기에 반응하도록 설계됐다.
실험 결과 센서는 폭발물 증기에 노출되는 과정에서 형광 신호 변화를 나타냈으며, 이를 통해 해당 물질의 존재 여부를 실시간으로 확인할 수 있었다.
특히 폭발물 증기를 제거한 이후 형광 신호가 최대 99.6%까지 회복되는 현상도 확인됐다.
이는 한 번 사용하고 폐기하는 방식이 아니라 센서를 반복적으로 활용할 수 있는 가능성을 보여주는 결과다.
센서가 반복 사용될 수 있다면 폭발물 탐지가 필요한 현장에서 유지관리 비용을 줄이고 지속적인 감시체계를 구축하는 데에도 활용 가능성이 커질 수 있다.
연구팀은 앞으로 센서의 감도와 선택성을 더욱 높이는 동시에 소형화 기술을 접목해 실제 현장에서 활용할 수 있는 형태로 발전시키는 연구를 이어갈 계획이다.
◆ 나노소재·광학기술 결합해 센서 성능 높여
이번 연구에서 주목되는 부분은 실리콘 기반 발광소재의 에너지 전달 특성을 센서 기술에 접목했다는 점이다.
연구팀은 서로 다른 소재가 가진 광학적 특성을 효과적으로 결합해 센서의 형광 신호를 강화하고, 폭발물 분자와의 상호작용을 높이는 방식으로 검출 성능을 끌어올렸다.
특히 낮은 휘발성 때문에 기존 방식으로는 검출이 어려웠던 폭발물까지 대상으로 삼으면서 실리콘 나노와이어 기반 센서의 적용 가능성을 확대했다.
이러한 기술은 향후 폭발물 탐지뿐 아니라 특정 화학물질의 미량 증기를 감지해야 하는 다양한 환경에서도 응용 가능성을 검토할 수 있다는 점에서 후속 연구에 대한 기대를 높이고 있다.
김성진 박사과정생과 고경국 박사후연구원이 공동 제1저자로 참여하면서 대학원생과 연구진이 함께 첨단 센서 기술 개발에 참여했다는 점도 이번 성과의 의미를 더하고 있다.
◆ 공항·항만·군사시설 등 현장 적용 기대
손홍래 교수는 이번 연구를 통해 개발된 센서가 향후 다양한 보안 분야에서 활용될 가능성에 주목하고 있다.
손 교수는 “이번 연구는 실리콘 기반 발광소재의 에너지 전달 특성을 활용해 폭발물 감지 성능을 높이고 기존 형광센서의 적용 범위를 저휘발성 폭발물까지 확장했다는 점에서 의미가 있다”고 설명했다.
이어 “앞으로 센서 소형화와 현장 적용을 위한 후속 연구를 진행해 공항과 항만, 군사시설 등 폭발물 탐지가 요구되는 다양한 보안 분야에서 활용할 수 있는 기술로 발전시키는 것이 목표”라고 밝혔다.
이번 연구는 조선대학교의 2026년도 연구비 지원을 받아 수행됐다.
연구 결과는 「Chemical Engineering Journal」 제546권(2026년)에 논문번호 179314로 게재됐으며, DOI는 10.1016/j.cej.2026.179314이다.
이번 성과를 계기로 조선대학교는 반도체·나노소재·센서 기술을 접목한 융합연구를 강화하고, 기초 연구성과가 실제 산업과 보안 분야에서 활용될 수 있도록 후속 기술개발에도 힘을 쏟을 방침이다.