성균관대 김선국 교수 연구팀, 색변화 광학 기반 건축물 내구성 평가시스템 개발

성균관대학교(총장 신동렬) 신소재공학부 김선국 교수 연구팀(제1저자 임혜린 박사과정/공동 1저자 홍성인 박사과정)이 세계적으로 권위 있는 학술지 중 하나인 Advanced Materials (IF=21.95)에 콘크리트 내부에서 작동 가능한 색변화 광학기반 다기능 건축물 내구성 평가 시스템 논문을 게재했다.

김선국 교수 연구팀은 한양대 건축학부 건축공학전공 이한승 교수 연구팀과 협력해 콘크리트 내부에서 하나 이상의 열화인자를 정량하고 이를 기반으로 콘크리트 내부 부식 정도를 평가할 수 있는 색변화 광학 기반의 건축물 내구성 평가 시스템을 구축했다.

연구팀은 Side-emitting Optical Fiber (SOF), 외부 인자에 특이적으로 반응해 색변화를 보이는 막, PI 유연기판 위에 구성된 IGZO 포토트랜지스터 어레이를 겹겹이 쌓아서 만드는 특이적 구조를 통해 콘크리트 부식을 유발하는 대표적 열화인자인 염화이온과 pH를 감지하는 다기능 모니터링 기술을 구현했다.

이 기술은 SOF의 측면으로부터 조사된 빛의 강도를 최외각에 위치한 IGZO 포토트랜지스터 어레이에서 얻어내는데 이때 조사광은 SOF와 유연포토트랜지스터 어레이 사이에 위치하는 색 변화막에 의해 흡수 및 반사되고 최종적으로 포토트랜지스터는 막을 투과한 광량 (투과광량)을 감지한다. 따라서 외부환경이 변화해(염화이온 농도 증감, pH 변화 등) 유발되는 지시막의 색변화가 포토트랜지스터가 감지하는 투과광량을 변화시켜 해당 인자에 대한 정보를 전기 시그널로 얻어낸다.

김선국 교수는 “이번 연구가 기존 내구성 평가 시스템의 한계점을 타파하고 고안정, 고감도, 다기능의 차세대 스마트 건축물 내구성 평가 시스템으로 도약할 수 있을 것이라고 기대한다”고 말했다.

김선국 교수는 2D물질과 유연소자 개발을 포함한 차세대 다기능 나노 바이오 전자소자 개발 및 시스템화에 관한 연구를 활발히 진행하고 있다. 이 연구는 한국연구재단 선도연구센터지원사업(건설구조물 내구성 혁신 연구센터)의 지원을 받아 수행됐다.