KR100892122B1 - 일산화탄소 가스 센서 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
소형화 제작이 가능하고 감지특성이 우수한 일산화탄소 가스 센서 및 그의 제조 방법이 제공된다. 일산화탄소 가스 센서는, 고체 전해질로 이루어진 양이온 교환막과, 양이온 교환막의 양면에 형성된 흡습성 코팅막과, 제1 다공성 지지체 상에 형성되어 양이온 교환막의 일면에 배치된 흡습성 코팅막에 결합된 반응 전극과, 제2 다공성 지지체 상에 형성되어 양이온 교환막의 타면에 배치된 흡습성 코팅막에 결합된 대응 전극 및 기준 전극과, 양이온 교환막, 흡습성 코팅막, 반응 전극, 대응 전극 및 기준 전극을 수용하는 하우징을 포함한다.
일산화탄소, 센서, 흡습, 초미립자
Description
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 일산화탄소 가스 센서의 단면도이다.
도 2는 도 1의 가스 감지부를 확대한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 일산화탄소 가스 센서의 제조 방법에 대한 공정 순서도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 일산화탄소 가스 센서에 있어서 일산화탄소 농도에 따른 출력 신호를 측정한 그래프이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10: 하우징 10a: 상부 하우징
10b: 하부 하우징 12: 일산화탄소 유입구
14: 산소 유입구 20: 제1 먼지 필터
22: 제2 먼지 필터 30: 간섭가스 제거용 필터
35: 오링 40: 다공성 분리막
50: 가스 감지부 52a: 제1 다공성 지지체
52b: 제2 다공성 지지체 54a: 반응 전극
54b: 대응 전극 54c: 기준 전극
56: 양이온 교환막 58: 흡습성 코팅막
58a: 고체 전해질 수지 58b: 흡습성 초미립자
60a, 60b, 60c: 배선 62a, 62b, 62c: 출력단자
100: 일산화탄소 가스 센서
본 발명은 일산화탄소 가스 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소형화 제작이 가능하고 감지특성이 우수한 일산화탄소 가스 센서 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
산업사회가 고도화됨에 따라 산업현장에서는 여러 종류의 가스를 사용할 뿐만 아니라 발생시키고 있어 가스사고 안전관리가 심각한 문제로 대두되고 있다. 그 중 하나가 무색무취이며 100ppm의 낮은 농도에서도 인체에 해를 줄 수 있는 일산화 탄소이다. 따라서 일산화탄소의 농도를 측정하고 제한 농도 이상인지 여부를 감지하는 일산화탄소 가스 센서에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있다. 이러한 일산화탄소 가스 센서는 전기화학식 센서, 반도체 센서, 비색 센서(colorimetric sensor), IR 센서(infrared sensor) 등으로 분류될 수 있다. 이 중 전기화학식 센서가 가장 널리 사용되고 있는데, 감지특성이 우수하며 제조공정이 간편하며 제조단가가 낮기 때문이다.
종래 기술에 따른 전기화학식 일산화탄소 가스 센서는 강산 용액이나 강염기 용액을 전해액으로 사용한다. 이와 같은 전해액을 사용하는 경우, 전해액 누출에 따른 유해성이 문제되며, 센서의 내부 부품이 부식될 우려가 있다. 또한 센서 내에서 전해액이 차지하는 공간으로 인하여 센서를 소형화하는데 방해가 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 소형화 제작이 가능하고 감지특성이 우수한 일산화탄소 가스 센서를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 이러한 일산화탄소 가스 센서의 제조 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 일산화탄소 가스 센서는, 고체 전해질로 이루어진 양이온 교환막과, 상기 양이온 교환막의 양면에 형성된 흡습성 코팅막과, 제1 다공성 지지체 상에 형성되어 상기 양이온 교환막의 일면에 배치된 상기 흡습성 코팅막에 결합된 반응 전극과, 제2 다공성 지지체 상에 형성되어 상기 양이온 교환막의 타면에 배치된 상기 흡습성 코팅막에 결합된 대응 전극 및 기준 전극과, 상기 양이온 교환막, 상기 흡습성 코팅막, 상기 반응 전극, 상기 대응 전극 및 상기 기준 전극을 수용하는 하우징을 포함한다.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 일산화 탄소 가스 센서의 제조 방법은, 고체 전해질로 이루어진 양이온 교환막을 양성자화 처리하는 단계와, 상기 양이온 교환막의 양면에 흡습성 코팅막을 도포하는 단계와, 제1 다공성 지지체에 반응 전극을 형성하고, 제2 다공성 지지체에 대응 전극 및 기준 전극을 형성하는 단계와, 상기 제1 다공성 지지체, 상기 양이온 교환막 및 상기 제2 다공성 지지체를 순차적으로 배치하여 압착함으로써, 상기 반응 전극을 상기 양이온 교환막의 일면에 배치된 상기 흡습성 코팅막에 결합시키고, 상기 대응 전극 및 상기 기준 전극을 상기 양이온 교환막의 타면에 배치된 상기 흡습성 코팅막에 결합시키는 단계를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 일산화탄소 가스 센서에 대해 자세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 일산화탄소 가스 센서의 단면도이고, 도 2는 도 1의 가스 감지부를 확대한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 일산화탄소 가스 센서(100)는 전체적으로 하우징(housing)(10)과, 하우징(10) 상부에 형성된 일산화탄소 유입구(12)와, 하우징(10) 내에 일산화탄소 유입구(12) 아래에 순차적으로 배치된 간섭가스 제거용 필터(30), 다공성 분리막(40) 및 가스 감지부(50)와, 하우징(10)의 하부에 형성된 산소 유입구(14)를 포함한다.
여기서 하우징(10)은 상부 하우징(10a)과 하부 하우징(10b)으로 이루어져 분리 및 결합이 가능하고, 내부에 간섭가스 제거용 필터(30), 다공성 분리막(40) 및 가스 감지부(50)를 수용할 수 있다. 상부 하우징(10a)과 하부 하우징(10b)은 내부에 수용된 구성 요소들이 외부로 누출되지 않도록 완전히 밀폐되어 결합될 수 있다.
외부의 일산화탄소 가스가 하우징(10) 내부로 유입되도록 상부 하우징(10a)의 상면에는 하나 이상의 일산화탄소 유입구(12)가 형성되어 있다. 일산화탄소 유입구(12)의 단면적은 가스 감지부(50)의 반응 전극(54a)의 단면적의 약 0.01 - 1%인 것이 바람직하다. 예를 들어, 반응 전극(54a)의 지름이 13mm인 경우에는 일산화탄소 유입구(12)의 지름은 약 1.1mm이고, 길이는 길이는 약 2 - 4mm일 수 있다.
일산화탄소 유입구(12)의 상측으로 하우징(10)의 외면에 위치하는 제1 먼지 필터(20)는 일산화탄소 유입구(12)을 통하여 하우징(10) 내부로 먼지 또는 물 등과 같은 이물질이 들어오는 것을 차단하는 역할을 한다. 예를 들어 제1 먼지 필터(20)는 다공성 PTFE(PolyTetraFluoroEthylene)로 이루어질 수 있다.
일산화탄소 유입구(12)의 하측으로 하우징(10)의 내부에 위치하는 간섭가스 제거용 필터(30)는 일산화탄소의 농도를 측정하는 데에 방해가 되는 간섭가스의 영향을 배제하는 역할을 한다. 이러한 간섭가스로는 예를 들어 H2, H2S, SO2 등이 있으며, 간섭가스 제거용 필터(30)는 이러한 간섭가스에 대한 흡착력이 큰 숯(charcoal)으로 이루어질 수 있다. 간섭가스 제거용 필터(30)는 카본 섬유(carbon fiber)로 이루어진 메쉬 타입 또는 파우더 타입으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 간섭가스 제거용 필터(30)는 900 - 1500 ㎡/g의 표면적을 가지며 입상 또는 섬유상 형태의 활성탄으로 이루어질 수 있다.
간섭가스 제거용 필터(30)의 가장자리를 따라 간섭가스 제거용 필터(30)와 상부 하우징(10a) 사이에 개재된 오링(o-ring)(35)은 하우징(10) 내부의 구성 요소들이 외부로 유출되는 것을 방지하는 역할을 한다.
간섭가스 제거용 필터(30) 아래에는 다공성 분리막(40)이 배치되어 있다. 다공성 분리막(40)은 간섭가스 제거용 필터(30)를 가스 감지부(50)와 격리하면서 외부로부터 유입되는 가스의 유입 농도를 조절하는 역할을 한다. 예를 들어 다공성 분리막(40)으로는 PTFE를 사용할 수 있다.
다공성 분리막(40) 아래에는 일산화탄소의 농도 측정을 위한 가스 감지부(50)가 배치되어 있다. 가스 감지부(50)는 양이온 교환막(56)과, 양이온 교환막(56) 양면에 형성된 흡습성 코팅막(58)과, 제1 다공성 지지체(52a) 위에 형성되어 양이온 교환막(56)의 일측에 압착된 반응 전극(54a)과, 제2 다공성 지지체(52b) 위에 형성되어 양이온 교환막(56)의 타측에 압착된 대응 전극(54b) 및 기준 전극(54c)을 포함한다.
양이온 교환막(56)은 이온 전도도 및 기계적 강도가 높고 내화학성 및 열안정성이 좋은 고체 고분자 전해질로 이루어질 수 있다. 양이온 교환막(56)으로는 예를 들어, Nafion™ (Du Pont 社), Flemion™ (Asahi Glass 社), Aciplex™ (Asahi Chemical 社), Gore-Select™ (Gore-Tex 社), XUS™ (Dow Chemical 社) 등이 사용될 수 있으며, 이하 설명의 편의를 위하여 Nafion™을 이용하여 본 발명의 실시예들을 설명한다. 전해액 대신 고체 전해질로 이루어진 양이온 교환막(56)을 사용하는 경우, 전해액 누출에 따른 유해성 문제를 방지할 수 있다.
이러한 양이온 교환막(56)은 함수율에 따라 이온 전도율이 변하는데, 안정적으로 일산화탄소 가스 센서(100)를 동작시키기 위해서는 양이온 교환막(56)의 상대습도는 일정하게, 예를 들어 약 100%로 유지할 필요가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 일산화탄소 가스 센서(100)의 경우, 외부 가습이 없는 상황에서도 양이온 교환막(56)의 안정적인 함수율을 유지하기 위하여 양이온 교환막(56)의 양면에 흡습성 코팅막(58)이 형성되어 있다.
흡습성 코팅막(58)은 고체 전해질 수지(58a) 내에 흡습성 초미립자(58b)가 분산된 구조를 가진다. 나아가 고체 전해질 수지(58a) 내에 흡습성 초미립자(58b) 외에 미량의 백금 초미립자 촉매가 추가될 수 있다.
고체 전해질 수지(58a)는 양이온 전도성을 가지는 접착제 역할을 하며, 예를 들어 에탄올 용매에 5wt% 나피온(Nafion™)이 녹아 있는 나피온 솔루션(Nafion solution)을 열처리하여 만들어질 수 있다.
또한 흡습성 초미립자(58b)는 대응 전극(54b)에서 형성된 물(H2O)을 흡착하여 양이온 교환막(56)에 수분을 보충하여 일정한 상대습도를 유지시키는 역할을 한다. 이러한 흡습성 초미립자(58b)로는 SiO2, TiO2 등과 같은 산화물 또는 ZrP 등이 사용될 수 있다. 흡습성 초미립자(58b)의 크기는 수십 내지 수백 nm이며, 농도는 나피온 솔루션 내의 나피온의 건조 질량에 대하여 약 2-10%의 범위에서 사용될 수 있다. 흡습성 초미립자(58b)의 농도가 상기 범위보다 낮을 경우 수분 흡착율이 낮아서 일정한 상대습도를 유지하기 어렵고, 상기 범위보다 높을 경우 흡습성 초미립자(58b)가 많아져서 흡습성 초미립자(58b)를 둘러싼 나피온층의 연속적인 구조가 파괴되어 이온 전도도가 떨어질 수 있다.
양이온 교환막(56)의 상부에는 제1 다공성 지지체(52a) 상에 형성된 반응 전극(54a)이 압착되어 있다. 제1 다공성 지지체(52a)는 예를 들어 PTFE로 형성될 수 있으며, 기공의 크기가 약 0.3 - 5 ㎛이고 두께가 약 100 - 300 ㎛일 수 있다.
반응 전극(54a)은 일산화탄소의 산화 반응에 대한 촉매 특성이 있는 물질, 예를 들어 백금흑(platinum black), 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag) 등이 사용될 수 있다. 제1 다공성 지지체(52a)는 일산화탄소 유입구(12)로부터 반응 전극(54a)으로 유입되는 일산화탄소 가스의 확산 속도를 제어하는 역할을 하는 동시에 반응 전극(54a)을 형성하기 위한 지지체의 역할을 한다. 이러한 제1 다공성 지지체(52a)로는 예를 들어 PTFE가 사용될 수 있다. 스크린 프린팅, 압착 코팅, 스퍼터 링(sputtering), 또는 진공증착(evaporation) 등의 방법에 의해 반응 전극(54a)을 제1 다공성 지지체(52a) 상에 형성할 수 있다. 반응 전극(54a)은 제1 다공성 지지체(52a)과 함께 양이온 교환막(56) 상부에 위치하는 흡습성 코팅막(58)에 압착되어 기계적으로 결합된다.
양이온 교환막(56)의 하부에는 제2 다공성 지지체(52b) 상에 형성된 대응 전극(54b) 및 기준 전극(54c)이 압착되어 있다. 제2 다공성 지지체(52b)는 예를 들어 PTFE로 형성될 수 있으며, 기공의 크기가 약 0.3 - 5 ㎛이고 두께가 약 100 - 300 ㎛일 수 있다.
대응 전극(54b) 및 기준 전극(54c)은 예를 들어 Ag, AgO, Ru, RuO2, Pt 등이 사용될 수 있다. 제2 다공성 지지체(52b)는 산소 유입구(14)로부터 대응 전극(54b)으로 유입되는 산소 가스의 확산 속도를 제어하는 역할을 하는 동시에 대응 전극(54b) 및 기준 전극(54c)을 형성하기 위한 지지체의 역할을 한다. 이러한 제2 다공성 지지체(52b)로는 예를 들어 PTFE가 사용될 수 있다. 스크린 프린팅, 압착 코팅, 스퍼터링(sputtering), 또는 진공증착(evaporation) 등의 방법에 의해 대응 전극(54b) 및 기준 전극(54c)을 제2 다공성 지지체(52b) 상에 형성할 수 있다. 대응 전극(54b) 및 기준 전극(54c)은 제2 다공성 지지체(52b)과 함께 양이온 교환막(56) 하부에 위치하는 흡습성 코팅막(58)에 압착되어 기계적으로 결합된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 일산화탄소 가스 센서의 원리는 다음의 반응식 1 및 반응식 2와 같다.
[반응식 1]
CO + H2O → CO2 + 2H+ + 2e-
[반응식 2]
2H+ + 1/2 O2 + 2e- → H2O
일산화탄소 유입구(12)를 통하여 유입된 일산화탄소 가스는 반응 전극(54a)에서 반응식 1과 같이 분해되어 수소 이온(H+)를 생성한다. 수소 이온은 흡습성 코팅막(58) 및 양이온 교환막(56)을 통하여 대응 전극(54b)에서 반응식 2와 같이 물(H2O)를 생성한다. 대응 전극(54b)에서의 반응에 필요한 산소는 산소 유입구(14)를 통하여 유입된다. 그리고 반응식 2에 의해 생성된 물은 양이온 교환막(56)의 양면에 형성된 흡습성 코팅막(58)에 의해 흡착되어 양이온 교환막(56)의 상대습도가 일정하게 유지된다.
기준 전극(54c)은 상기 반응에서 기준 전압을 형성하는 역할을 한다.
반응 전극(54a), 대응 전극(54b) 및 기준 전극(54c)은 각각 배선(60a, 60b, 60c)을 통하여 출력단자(62a, 62b, 62c)에 연결되어 있다. 반응식 1 및 반응식 2를 통하여 반응 전극(54a)과 대응 전극(54b) 사이에 흐르는 전류는 외부의 일산화탄소 농도에 비례하므로 이러한 전류를 출력단자(62a, 62b, 62c)를 통하여 측정함으로써 외부의 일산화탄소 농도를 측정할 수 있다.
산소 유입구(14) 상에 위치하는 제2 먼지 필터(22)는 산소 유입구(14)을 통 하여 하우징(10) 내부로 먼지 또는 물 등과 같은 이물질이 들어오는 것을 차단하는 역할을 한다. 예를 들어 제2 먼지 필터(22)는 다공성 PTFE로 이루어질 수 있다.
이하 도 2 및 도 3을 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 일산화탄소 가스 센서의 제조 방법에 대하여 자세히 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 일산화탄소 가스 센서의 제조 방법에 대한 공정 순서도이다. 특히 본 발명의 일 실시예에 따른 일산화탄소 가스 센서에 포함된 가스 감지부의 제조 방법에 대하여 자세히 설명한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 우선 양이온 교환막(56)을 적당한 크기로 자른 후 3 - 5wt% H2O2 수용액 내에서 약 100 - 150℃, 40분간 끓인 후 증류수로 세정하여 양이온 교환막(56) 표면의 불순물, 특히 유기 불순물을 제거한다(S110).
세정된 양이온 교환막(56)의 이온 전도도를 높이기 위하여 염산(HCl) 또는 황산(H2SO4) 수용액 내에서 약 200 - 250℃, 1 - 2시간 동안 끓인 후 증류수로 세정하여 양성자화 처리 또는 프로톤 처리를 진행한다(S120). 양이온 교환막(56)으로서 Nafion™을 예로 들어 양성자화 처리에 대하여 자세히 설명한다. Nafion™의 화학 구조는 다음의 화학구조식 1과 같다.
[화학구조식 1]
화학구조식 1에 나타난 바와 같이 Nafion™은 주쇄부가 PTFE구조를 가지고 측쇄부가 술푸릭산 기(sulfuric acid group, SO3 - H+)을 갖는다. 즉, Nafion™는 소수성이 강한 주쇄부와 친수성이 강한 측쇄부 간에 클러스터를 형성하여 친수기와 소수기가 명확하게 구분되는 구조를 가짐으로써, 수화 시 높은 수소 이온 전도도를 가진다. 염산 또는 황산 수용액을 이용한 양성자화 처리는 측쇄부의 술푸릭산 기에 수소 이온을 공급함으로써 친수성이 강하도록 측쇄부을 보완하는 효과를 가지며, 따라서 수소 이온의 전달 채널을 증가시키는 역할을 한다.
이어서, 양이온 교환막(56)의 양면에 흡습성 코팅막(58)을 도포한다(S130). 우선 나피온 솔루션 내에 흡습성 초미립자(58b)를 첨가하고 균일하게 분산되도록 교반한다. 흡습성 초미립자(58b)와 혼합된 나피온 솔루션을 양이온 교환막(56) 상에 스프레이 코팅(spray coating) 또는 스핀 코팅(spin coating) 등의 방법을 사용하여 도포한다.
이어서, 양이온 교환막(56) 및 도포된 나피온 솔루션을 약 90 - 130℃의 온도에서 1시간 동안 열처리하여 경화시킨다(S140). 나피온 솔루션과 흡습성 초미립자가 고형화되어 흡습성 코팅막(58)이 형성된다.
이어서, 흡습성 코팅막(58)에 대해서도 앞서 언급한 양성자화 처리를 진행한다(S150). 따라서 양이온 교환막(56)과 함께 흡습성 코팅막(58)도 이온 전도도가 높아진다.
제1 다공성 지지체(52a) 상에 반응 전극(54a)을 스크린 프린팅 등의 방법을 이용하여 형성한다(S160). 그리고 제2 다공성 지지체(52b) 상에 대응 전극(54b) 및 기준 전극(54c)을 스크린 프린팅 등의 방법을 이용하여 형성한다(S170).
이어서, 양이온 교환막(56)의 양면, 구체적으로 양이온 교환막(56)의 양면에 형성된 흡습성 코팅막(58) 상에 반응 전극(54a), 및 대응 전극(54b)과 기준 전극(54c)을 압착하여 기계적으로 결합한다(S180). 여기서 반응 전극(54a), 대응 전극(54b), 및 기준 전극(54c)과 흡습성 코팅막(58)의 안정적인 결합을 위하여 약 50 - 150 ㎏/㎠의 압력 범위에서 압착할 수 있다.
이와 같이 제조된 자기 가습형 양이온 교환막(56)은 대응 전극(54b)에서의 반응으로부터 형성된 물을 흡습성 코팅막(58)에 흡착 보수시킴으로써 양이온 교환막(56)의 이온 전도도가 감소하는 것을 방지한다.
이하 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 일산화탄소 가스 센서의 감지 특성에 대하여 자세히 설명한다. 여기서 도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 일산화탄소 가스 센서에 있어서 일산화탄소 농도 변화에 따른 출력 신호를 측정한 그래프이다.
구체적으로 200초에서 600초 사이에 일산화탄소를 유출하고 이때 일산화탄소 가스 센서로부터 감지된 출력 신호를 크기를 측정하였다. 일산화탄소의 농도가 A 샘플은 100 ppm, B 샘플은 200 ppm, C 샘플은 300 ppm, D 샘플은 400 ppm, E 샘플은 500 ppm인 경우이다.
도 4에 나타난 바와 같이, 일산화탄소 농도가 증가함에 따라 일산화탄소 가스 센서의 출력 신호가 선형적으로 증가하는 것을 알 수 있다. 따라서 일산화탄소 가스의 농도를 정확하게 측정할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 일산화탄소 가스 센서 및 그의 제조 방법에 의하면, 고체 전해질로 이루어진 양이온 교환막을 사용함으로써 소형화 제작이 용이하고 전해액 누출에 따른 유해성 문제를 방지할 수 있다. 또한 양이온 교환막의 양면에 흡습성 코팅막을 형성함으로써 양이온 교환막의 상대습도를 일정하게 유지하여 이온 전도도가 감소하는 것을 방지하는 자기 가습형 일산화탄소 가스 센서를 구현할 수 있다.
Claims (12)
- 고체 전해질로 이루어진 양이온 교환막;상기 양이온 교환막의 양면에 형성되며, 흡습성 초미립자가 분산된 고체 전해질 수지로 이루어진 흡습성 코팅막;제1 다공성 지지체 상에 형성되어 상기 양이온 교환막의 일면에 배치된 상기 흡습성 코팅막에 결합된 반응 전극;제2 다공성 지지체 상에 형성되어 상기 양이온 교환막의 타면에 배치된 상기 흡습성 코팅막에 결합된 대응 전극 및 기준 전극; 및상기 양이온 교환막, 상기 흡습성 코팅막, 상기 반응 전극, 상기 대응 전극 및 상기 기준 전극을 수용하는 하우징을 포함하는 일산화탄소 가스 센서.
- 삭제
- 제1 항에 있어서,상기 흡습성 초미립자는 SiO2, TiO2, 또는 ZrP로 이루어진 일산화탄소 가스 센서.
- 제1 항에 있어서,상기 고체 전해질 수지는 에탄올 용매에 나피온이 녹아 있는 나피온 솔루션을 열처리하여 만들어지는 일산화탄소 가스 센서.
- 제4 항에 있어서,상기 흡습성 초미립자의 농도는 상기 나피온의 건조 질량에 대하여 2 - 10%의 범위를 가지는 일산화탄소 가스 센서.
- 제1 항에 있어서,상기 제1 및 제2 다공성 지지체는 PTFE로 이루어진 일산화탄소 가스 센서.
- 제1 항에 있어서,상기 하우징 내에서 상기 제1 다공성 지지체 상부에 배치되어 간섭가스를 흡착하는 간섭가스 제거용 필터를 더 포함하는 일산화탄소 가스 센서.
- 제7 항에 있어서,상기 간섭가스 제거용 필터 및 상기 제1 다공성 지지체 사이에 개재되어 상기 간섭가스 제거용 필터를 상기 제1 다공성 지지체로부터 격리하면서 외부로부터 유입되는 가스의 유입 농도를 조절하는 다공성 분리막을 더 포함하는 일산화탄소 가스 센서.
- 고체 전해질로 이루어진 양이온 교환막을 양성자화 처리하는 단계;상기 양이온 교환막의 양면에 흡습성 코팅막을 도포하는 단계;제1 다공성 지지체에 반응 전극을 형성하고, 제2 다공성 지지체에 대응 전극 및 기준 전극을 형성하는 단계; 및상기 제1 다공성 지지체, 상기 양이온 교환막 및 상기 제2 다공성 지지체를 순차적으로 배치하여 압착함으로써, 상기 반응 전극을 상기 양이온 교환막의 일면에 배치된 상기 흡습성 코팅막에 결합시키고, 상기 대응 전극 및 상기 기준 전극을 상기 양이온 교환막의 타면에 배치된 상기 흡습성 코팅막에 결합시키는 단계를 포함하는 일산화탄소 가스 센서의 제조 방법.
- 제9 항에 있어서,상기 양성자화 처리하는 단계는, 상기 양이온 교환막을 염산 또는 황산 수용액 내에 끓이는 단계인 일산화탄소 가스 센서의 제조 방법.
- 제9 항에 있어서, 상기 흡습성 코팅막을 도포하는 단계는,에탄올 용매에 나피온이 녹아 있는 나피온 솔루션에 흡습성 초미립자를 분산시키는 단계;상기 나피온 솔루션을 상기 양이온 교환막에 코팅하는 단계; 및상기 나피온 솔루션을 열처리하는 단계를 포함하는 일산화탄소 가스 센서의 제조 방법.
- 제9 항에 있어서, 상기 흡습성 코팅막을 도포한 후,상기 흡습성 코팅막을 양성자화 처리하는 단계를 더 포함하는 일산화탄소 가스 센서의 제조 방법.
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