[글=박세환 Ph.D. | 기술법인 엔펌(ENF) 전문위원(Chief Consultant) | 한국CCTV연구소 영상보안CCTV산업발전연구회 회장 | 한국산업기술진흥협회 ReSEAT프로그램 전문위원 | 용인시정연구원 비상임연구위원]

나노/피코 단위의 초정밀 기술은 학문 간 경계가 없는 학제간(Interdisciplinary) 연구를 통해 높은 기술 집약도, 고부가가치를 지닌 경제성, 환경 친화성, 자연 친화성 등을 구현하고 있다. 이러한 초정밀 지능형 센서는 스마트폰 등과 같이 초정밀/지능형 기술을 요구하는 분야에서 필수적으로 사용되고 있다. 이번 시간에는 세계 최초로 국내 기술력으로 개발한 바 있는 초정밀 지능형 센서의 특징과 다양한 산업적 적용분야 및 핵심 분야별 기술경쟁력에 대해 설명한다.
 

■ 초정밀 지능형 센서의 특징

비접촉 반응물질을 이용한 초정밀 지능형 센서가 세계 최초로 국내 기술력으로 개발된 바 있다. 이 방법은 통합적으로 융합(광학ㆍ화학ㆍ전자ㆍ소프트웨어ㆍ메커니즘 등)된 기술 집약형 기술로서 다양한 산업 분야에 응용되고 있다. 초정밀 지능형 센서를 이용한 반응데이터 중에서 가장 활용도가 높은 초정밀 지능형 온도 센서의 특성을 간단히 요약하면 다음과 같다.

열전대(thermocouple) 온도 센서
-기본적으로 두 개의 막대와 서로 다른 금속으로 제조되며, 끝에서 이들이 만나는 전선으로 구성된다. 특정 시점에서 온도 변화는 양 끝 간의 기전력의 변화로 나타난다.
-온도가 상승하게 되면 써모커플의 출력은 상승하지만 반드시 선형특성을 나타내지는 않는다.
-열전대의 두 개의 서로 다른 금속(금속 쌍)은 J, K, T, E, N, R, S, B, C, G, D와 같이 다양한 타입이 있으며, 각 타입에 따라 온도 범위와 기전력 대 온도 값이 다르게 나타난다.

RTD(Resistance Temperature Detector) 온도 센서
-물질의 온도가 변하면 전기저항도 변한다는 사실을 이용한 저항 온도 센서이다.
-RTD는 금속의 저항변화에 의존하며, 저항은 온도에 따라 선형적으로 상승한다.
-써미스터는 반도체의 저항변화에 근거하며, 온도가 상승하면 저항은 비선형으로 떨어지게 된다.

적외선 온도계
-적외선 센서는 물질이 방사하는 열복사량을 측정하여 온도를 추론한다.
-측정 물체의 방사율과 측정거리에 따라 측정 정밀도가 달라지나, 측정 대상에 접촉할 수 없는 경우에 사용되는 비접촉식 온도 센서이다.

바이메탈 온도온도 센서
-바이메탈 장비는 서로 다른 금속 간의 열팽창율의 차이를 이용한다.
-두 금속막대가 함께 결속된 설계로서 측정단이 가열되면 한쪽이 다른 쪽보다 더 팽창하고 구부러지는 원리를 이용하여 기계적으로 연결된 눈금으로부터 온도를 판독한다.
-휴대용으로서 전원공급은 필요 없으나, 써모커플이나 RTD에 비해 정확도가 낮은 편이다.

액체 팽창 온도 센서
-학교나 가정에서 흔히 사용하는 유리구 온도계로, 보통 수은과 유기 액체의 두 가지 유형이 있다. 액체 대신 기체를 사용하는 것도 있다.
-수은은 환경유해 물질로 규정되어 있어 이제 수은 온도계는 거의 사용되지 않는다.
-전력이 필요하지 않으며, 폭발위험이 없고 반복적으로 사용해도 안정적이다.
-기록 및 전송 데이터를 편리하게 생성하지 못하며, 지점 측정을 하지 못하는 단점이 있다.

상태 변화 온도 센서
-온도라벨 및 온도라커와 같이 특정 온도에 도달하면 모양이 변하는 액체결정으로 구성된다.
-측정대상에 부착하고 측정대상이 특정 온도를 초과하면 부착된 센서 라벨의 하얀점이 검은색으로 상태가 변하는 방식이다.
-응답시간이 수 분 정도 걸리기 때문에 단기적인 온도변화에는 반응하지 않는다. 정확도는 다른 유형의 센서들보다 낮은 편이다.
-상태의 변화는 액체결정 디스플레이의 경우를 제외하고는 비가역적 특성을 갖는다. 따라서 이 온도 센서는 제품이 배송되는 동안 물질의 온도가 특정 수준을 넘지 않았는지 확인해야 하는 경우 유용하다.

■ 초정밀 지능형 센서 적용 분야

나노 바이오 분야
나노기술은 바이오산업에 적용되어 다양한 고분자 시료의 상변이를 나노그램 단위의 적은 양으로도 매우 민감하게 측정할 수 있으며, 소형화가 용이한 효과를 나타내고 있다.

국방기술 분야
나노기술은 군사용 부품에 적용되어 군사용 부품의 성능을 크게 개선하고 가격을 크게 낮출 수 있을 것으로 예상되는 바, 나노 복합 재료는 군사용 부품의 높은 강도, 낮은 무게 및 새로운 기능을 갖게 될 것이다. 아울러 나노 기공 재료는 군사용 부품의 필터와 분급기능을 크게 개선할 것이다. 특히 나노 스케일의 전극은 군사용 부품의 매우 미세한 신호를 관측하고 감지할 수 있어 나노 시스템이 부착된 군사용 부품 칩(chip)은 매우 작은 부품에 다기능을 부여하는 역할을 할 수 있는 것으로 평가받고 있다.