KR101363269B1 - 온도변화에 따른 주파수 변화를 최소화할 수 있는 수정 결정 미소저울 장치 - Google Patents

온도변화에 따른 주파수 변화를 최소화할 수 있는 수정 결정 미소저울 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수정 결정을 포함하는 작동전극, 기준전극 및 상대전극을 포함하는 전기화학적 셀; 원하는 주파수만을 선택하여 발진하는 발진회로; 및 상기 수정 결정을 포함하는 작동전극에서 일어나는 주파수 변화를 측정하는 진동수 계측기를 포함하는 전기화학적 수정 결정 미소저울(EQCM) 장치에 있어서, 상기 전기화학적 셀 또는 발진회로 중 적어도 하나에 직접 접촉되어 결합되는 온도조절부를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학적 수정 결정 미소저울(EQCM) 장치에 관한 것이다.

Description

온도변화에 따른 주파수 변화를 최소화할 수 있는 수정 결정 미소저울 장치{Quarts Crystal Microbalance System minimizing frequency variation along temperature variation}
본 발명은 온도변화에 따른 주파수 변화를 최소화할 수 있는 수정 결정 미소저울 장치 및 전기화학적 수정 결정 미소저울 장치에 관한 것이다.
수정 결정 미소저울(QCM; Quartz Crystal Microbalance)은, 수정의 압전 특성에 의하여 발생하는 공진 현상(Resonance)을 이용함으로써, 미소 질량을 측정할 수 있는 장치로서, 상기 수정 결정 미소저울은, 한 쌍의 전극과, 상기 전극들 사이에 배치된 수정 기판을 구비하며, 상기 전극은 수정기판의 양면에 금속을 입혀서 형성할 수 있다.
상기 수정 결정 미소저울은 수정을 결정축에 대해 특정한 방향으로 절단(AT-cut)하여 얇은 조각의 결정의 양면에 금속을 코팅하여 전극을 형성시켜 얻어질 수 있다.
상기 전극 사이에 전압이 가해지면 상기 수정 기판과 상기 전극들로 이루어진 구조물의 공진점에서 일정한 공진 주파수로 공진이 생긴다. 이때, 상기 한 쌍의 전극 중 하나가 공기중에 노출되어 있고, 이 전극에 미소 질량(M)이 접촉되면 그 미소 질량(M)에 의하여 공진 주파수의 값이 변화한다. 그러므로, 상기 공진 주파수의 변화량을 측정함으로써, 상기 미소 질량(M) 값이 측정될 수 있다.
이러한 수정 결정 미소저울은, 나노그램의 질량 변화도 측정할 수 있는 센서이므로, 기체의 농도변화 측정, 증착량 측정, 단백질 검출, 점탄성 계수의 측정 등 다양한 분야에서 응용이 가능하다.
또한 상기 수정 기판의 양 표면에 한 쌍의 전극만을 위치시킨 수정 결정 미소저울에 부가하여 수정 기판의 양 표면에 복수 쌍의 전극을 위치시키는 다채널 수정 결정 미소저울(MQCM; Multichannel Monolithic Quartz Crystal Microbalance)도 제작되어 연구되고 있다.
한편, 상기 수정 결정 미소저울의 응용으로서, 전기화학적 수정 결정 미소저울(EQCM: Electrochemical Quartz Crystal Microbalance)을 이용하여 용액상에서도 수정 표면의 질량 변화를 측정할 수 있는데, 이 경우에 상기 QCM의 양 전극중 하나는 EQCM의 작업전극(Working Electrode)이 되어 전류-전압의 관계를 통해 작업전극의 질량변화를 측장할 수 있다.
상기 EQCM은 단층(monolayer)나 다층(multilayer) 박막의 생성이나 전극에 부착된 고분자 박막에서의 산화환원에 따른 물질이동, 무전해 도금, 단백질의 흡,탈착 등 전극의 질량변화를 수반하는 다양한 분야에 응용가능할 수 있다.
상기 QCM 장치는 수정결정을 포함하는 셀(cell), 원하는 주파수만을 선택하여 발진하는 발진회로, 수정 결정의 전극상에서 일어나는 주파수 변화를 측정하는 진동수 계측기(frequency counter), 출력되는 전압 값을 컴퓨터가 인식할 수 있는 디지털 신호로 변환시켜주는 DAQ 보드 및 이들을 제어하는 제어보드 등으로 구성될 수 있으며, 또한 상기 EQCM는 QCM에 전기화학 셀(Electrochemical cell)을 부가하여 작동전극(Working Electrode)이 수정결정을 포함하며, 상대전극(counter electrode) 및 기준전극(reference electrode)이 추가적으로 포함되어 이루어질 수 있다.
상기 QCM 시스템을 이용한 기술로 등록실용신안공보 제20-0440969호(2008.07.11.)에서는 수용체 분자를 센서 칩 표면에 고정시킬 수 있고 기상 또는 액상의 시험 대상물을 용이하게 센서와 접촉시킬 수 있으면서 안정된 신호를 얻을 수 있는, 수정결정 미소저울(QCM) 바이오센서 장치에 관해 기재되어 있고, 상기 EQCM 시스템을 이용한 기술로 등록특허공보 제10-0859768호(2008.09.24)에서는 전기화학반응 중 간섭발생을 최소화하는 구조의 전기화학 셀을 구비하여 전기화학반응이 일어나는 과정에서 작업전극의 표면변화가 임피던스에 미치는 영향을 실시간으로 측정가능함과 동시에 전극표면에서의 질량변화를 나노그램(ng)의 정밀도로 측정할 수 있는 EQCM 장치에 관해 기재되어 있다.
도 1에서는 종래기술에서 사용되는 EQCM 장치를 도시하였다. 이를 구체적으로 살펴보면, 상기 EQCM 장치는 수정결정(41)을 포함하는 작동전극(40, Working Electrode), 기준전극(50, reference electrode) 및 상대전극(60, counter electrode)으로서 각각 Ag/AgCl 전극과 백금 전극이 사용되는 통상의 3전극 시스템으로 이루어진 전기화학적 셀(70)을 포함하며, 상기 셀내에 적절한 용매와 화학반응 또는 물리적 변화를 유도할 물질들이 포함될 수 있다.
상기 EQCM 장치의 전기화학적 셀에는 QCM의 한쪽 전극만을 용액에 노출시키고 용액에 누출되지 않도록 밀봉시켜서 수정을 설치하여야 한다.
또한, 상기 EQCM 장치는 전해용액의 반응전위인 DC 전압을 생성하여 안정된 신호전압으로 전해 용액에 인가시키는 정전위기(45, Potentiostat) 포함할 수 있고, 이는 작업전극에 연결된다.
또한 상기 EQCM은 QCM 시스템에서와 마찬가지로, 원하는 주파수만을 선택하여 발진시키는 발진회로(10), 수정 결정의 전극상에서 일어나는 주파수 변화를 측정하는 진동수 계측기(20, frequency counter), 출력되는 전압 값을 컴퓨터가 인식할 수 있는 디지털 신호로 변환시켜주는 DAQ 보드(30) 및 이들을 제어하는 제어 보드(미도시)와 PC 등의 장치를 포함하고 있다.
즉, 상기 전기화학적 셀부를 형성하는 구성요소인 수정진동자인 수정결정의 양면에는 금속을 입혀 전극을 만들고, 입력되는 전압의 신호에 따라 수정의 공명진동수로 진동을 하게 되며, 전극의 무게변화에 따라 수정진동자의 진동수가 변화함으로써 전극에서 일어나는 질량의 변화를 감지할 수 있게 하는 것이다.
여기서, 상기 작동전극내 수정결정(Quartz Crystal)에 석출되는 물질의 양은 초기 Quartz Crystal 의 공진 주파수(f0)와 물질 석출후의 수정결정의 주파수(ft) 석출에 의한 변화(Δf)를 측정하여 계산될 수 있다.
이 경우에, 상기 발진회로(10)는 원하는 주파수만을 선택하여 발진하는 기능을 하며, 수정결정의 진동은 상기 발진회로에 의하여 전기적 신호로 변환되며, 진동수 계측기는 이 전기적 신호를 이용하여 수정결정의 진동수를 계측한다.
즉, 상기 발진회로에 의해 일정한 공진 주파수가 생성되며, 수정 결정내에 석출되거나 증착되는 물질이 없는 경우에는 상기 발진 회로로부터의 주파수(ft)값이 카운트 되게 된다.
따라서, 이상적인 측정기의 경우 Quartz Crystal에 석출되는 물질이 없을 때 주파수의 변화(Δf)는 0 이어야 한다. 이후에 전기화학적 산화환원 반응 등을 통해 상기 수정결정내에 석출되는 물질이 생기는 경우에 주파수 변화값(Δf)이 달라질 수 있다.
그러나 만약, Quartz Crystal에 석출되는 물질이 없는데도 (Δf)가 변화 한다면 정확한 측정을 하는데 어려우며 특히 극소량을 측정할 경우 그 측정이 불가능하게 되는 문제점이 있다. 이러한 문제는 상기 Quartz Crystal의 공진주파수가 여러 가지 요인에 의해 변화함에 따라 발생할 수 있는데, 상기 공진주파수의 변화에 가장 큰 영향을 주는 요인은 석출되는 물질의 함량을 제외하면, 온도변화에 따른 주파수 변화를 들 수 있다.
도 2에서는 통상의 QCM 또는 EQCM 장치의 온도 변화에 따른 상기 공진주파수의 변화정도를 도시한 그림이다.
상기 도 2에서 볼 수 있듯이, 수정결정의 온도가 25 ℃에서 측정하는 값과 상기 25 ℃에서 벗어난 온도에서의 측정되는 주파수 변화 값이 매우 차이에 나는 것을 보여주고 있다.
예컨대, 상기 EQCM에서는 주변 온도가 1 ℃ 변화함에 따라, 상기 공진 주파수 변화가 20 Hz 또는 그 이상 변화하는 것을 관찰할 수 있는데, 이 경우에 상기 수정결정에 금속이 증착되는 두께로 환산하게 되는 경우에 5 내지 10 옹스트롬 정도의 편차를 발생할 수 있게 된다.
즉, 이상적인 측정기의 경우 Quartz Crystal에 석출되는 물질이 없을 때 주파수의 변화(Δf)는 0 이어야 하나, 온도 변화에 따른 공진 주파수 값의 변화로부터 기인하는 측정 오차가 발생할 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 측정오차를 줄일 수 있으면서, 또한 상기 QCM 또는 EQCM 장치의 측정을 위한 초기 안정화(Quartz Crystal에 석출되는 물질이 없을 때 주파수의 변화(Δf)를 0으로 셋팅하는 작업)을 신속하게 진행하기 위해서, 종래 기술에서는 상기 온도 변화에 따른 공진 주파수 변화값을 최소화하기 위해 수정 결정을 포함하는 셀부분을 일정온도를 유지할 수 있도록 챔버로 감싸거나, 또는 상기 셀 부분을 포함하는 QCM 또는 EQCM 전체적인 시스템을 일정 온도를 유지하도록 온도 유지 장치를 구비하는 것이 일반적인 기술로서 사용되고 있었으나, 이러한 노력들은 여전히 셀 부분의 균일한 온도유지가 어렵고, 공진 주파수의 변화를 최소화하기가 어려워 개선의 필요성이 있는 실정이다.
등록실용신안공보 제20-0440969호(2008.07.11.) 등록특허공보 제10-0859768호(2008.09.24)
본 발명은 온도변화에 따른 공진 주파수의 변화를 최소화함으로써 측정오차를 줄일 수 있으면서도, 또한 상기 전기화학적 수정 결정 미소저울(EQCM) 장치 또는 수정 결정 미소저울(QCM) 장치의 측정을 위한 초기 안정화를 신속하게 진행할 수 있는 전기화학적 수정 결정 미소저울(EQCM) 장치 또는 수정 결정 미소저울(QCM) 장치를 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.
상기와 같은 문제점을 해결하고자, 본 발명은 수정 결정을 포함하는 작동전극, 기준전극 및 상대전극을 포함하는 전기화학적 셀; 원하는 주파수만을 선택하여 발진하는 발진회로; 및 상기 수정 결정을 포함하는 작동전극에서 일어나는 주파수 변화를 측정하는 진동수 계측기를 포함하는 전기화학적 수정 결정 미소저울(EQCM) 장치에 있어서, 상기 발진회로에 직접 접촉되어 결합되는 온도조절부를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학적 수정 결정 미소저울(EQCM) 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 수정 결정을 포함하는 셀; 원하는 주파수만을 선택하여 발진하는 발진회로; 및 상기 수정 결정을 포함하는 셀에서 일어나는 주파수 변화를 측정하는 진동수 계측기를 포함하는 수정 결정 미소저울(QCM) 장치에 있어서, 상기 발진회로에 직접 접촉되어 결합되는 온도조절부를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 수정 결정 미소저울(QCM) 장치를 제공한다.
상술한 바와 같이 본 발명에서 제공하는 전기화학적 수정 결정 미소저울(EQCM) 장치 또는 수정 결정 미소저울(QCM) 장치는 주변 온도변화에 따른 공진 주파수의 변화를 최소화함으로써 상기 장치의 측정오차를 최소한으로 줄일 수 있다.
또한 본 발명에서 제공하는 전기화학적 수정 결정 미소저울(EQCM) 장치 또는 수정 결정 미소저울(QCM) 장치는 측정을 위한 초기 안정화를 신속하게 진행할 수 있어, 보다 신속하게 원하는 샘플에서의 측정을 진행할 수 있는 장점이 있으며, 상기 공진주파수 변화를 보상하기 위한 복잡한 하드웨어적 장치를 추가적으로 구비하지 않아도 되는 우수한 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에서 사용되는 EQCM 장치를 도시한 것이다.
도 2는 통상의 전기화학적 수정 결정 미소저울(EQCM) 장치 또는 수정 결정 미소저울(QCM) 장치의 온도변화에 따른 공진 주파수 변화정도를 도시한 그림이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 EQCM에서의 온도조절부를 포함하는 장치를 도시한 그림이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 조절부가 발진회로에 직접 접촉된 형태의 사진이고, 도 4b는 상기 온도 조절부가 전기화학적 셀에 직접 접촉된 형태의 사진이다.
도 5a는 발진회로부만을 직접 접촉에 의해 온도조절한 경우의 그래프를 도시하였으며, 도 5b는 셀 부분만을 직접 접촉에 의해 온도조절한 경우의 그래프를 도시하였고, 도 5c는 셀과 발진회로부를 모두 직접 접촉에 의해 온도조절한 경우의 그래프를 도시하였으며, 도 5d는 종래기술에 해당하는, 발진회로나 셀부분에 온도 조절을 하지 않은 경우에서의 그래프를 도시하였다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명의 각 도면에 있어서, 구조물들의 사이즈나 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하거나 축소하여 도시한 것이고, 특징적 구성이 드러나도록 공지의 구성들은 생략하여 도시하였으므로 도면으로 한정하지는 아니한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명에서는 전기화학적 수정 결정 미소저울 장치 또는 수정 결정 미소저울 장치에 있어서, 온도 변화에 따른 공진 주파수 변화를 최소화 하면서, 또한 수정결정의 양단에 형성된 전극상에 물질이 석출되지 않은 상태에서 온도변화에 따른 수정결정의 공진주파수의 변화(Δf)는 최소화될 수 있도록 하기 위해, 상기 전기화학적 수정 결정 미소저울 장치 또는 수정 결정 미소저울 장치에서의 온도에 민감한 두 주요한 구성요소 부분인 발진회로와 셀의 온도를 일정온도로 유지함으로서 그 목적을 달성할 수 있다.
보다 구체적으로 본 발명은 수정 결정을 포함하는 작동전극, 기준전극 및 상대전극을 포함하는 전기화학적 셀; 원하는 주파수만을 선택하여 발진하는 발진회로; 및 상기 수정 결정을 포함하는 작동전극에서 일어나는 주파수 변화를 측정하는 진동수 계측기를 포함하는 전기화학적 수정 결정 미소저울(EQCM) 장치에 있어서, 상기 발진회로에 직접 접촉되어 결합되는 온도조절부를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학적 수정 결정 미소저울(EQCM) 장치를 제공한다.
또한 본 발명은 수정 결정을 포함하는 셀; 원하는 주파수만을 선택하여 발진하는 발진회로; 및 상기 수정 결정을 포함하는 셀에서 일어나는 주파수 변화를 측정하는 진동수 계측기를 포함하는 수정 결정 미소저울(QCM) 장치에 있어서, 상기 발진회로에 직접 접촉되어 결합되는 온도조절부를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 수정 결정 미소저울(QCM) 장치를 제공한다.
상기 전기화학적 수정 결정 미소저울(EQCM) 장치는 수정 결정 미소저울(QCM) 장치에서 수정 결정을 포함하는 전극의 한쪽 부분을 작동전극으로 사용하여 용액내 전기화학적 반응에 있어서 수정결정내 물질이 석출되는 함량을 측정할 수 있는 장치로서 수정 결정 미소저울(QCM) 장치의 구체적 일 실시예에 해당하며, 본 발명에서의 온도 변화에 따른 공진 주파수 변화를 최소화 하는 장치는 상기 전기화학적 수정 결정 미소저울(EQCM) 장치에만 적용될 수 있는 것 뿐만 아니라, 수정 결정 미소저울(QCM) 장치에도 적용될 수 있는 것이다.
본 발명에서는 온도 변화에 따른 공진 주파수 변화를 최소화하기 위해, 상기 수정 결정 미소저울(QCM) 장치에서는 수정 결정을 포함하는 셀 또는 발진회로 중 적어도 하나에 직접 접촉되어 결합되는 온도조절부가 구비되며, 전기화학적 수정 결정 미소저울(EQCM) 장치에서는 전기화학적 셀 또는 발진회로 중 적어도 하나에 직접 접촉되어 결합되는 온도조절부를 구비할 수 있다.
이를 도 3에 기재된 전기화학적 수정 결정 미소저울(EQCM) 장치를 통해 구체적으로 설명하고자 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기화학적 수정 결정 미소저울(EQCM)에서의 온도조절부를 포함하는 장치를 도시한 그림이다. 상기 도 3에서 볼 수 있듯이, 본 발명에서의 전기화학적 수정 결정 미소저울(EQCM) 장치는 상기 발진 회로(10) 및/또는 전기화학적 셀(70)에 직접 접촉되어 구비되는 온도조절부(80, 80')을 구비하고 있다.
도 3에서는 상기 온도조절부가 각각 발진회로와 셀의 하부에 직접 접촉되어 있지만, 본 발명에서의 상기 온도 조절부와 접촉되는 셀 및 발진회로의 위치는 하부만에 제한되지 않고, 각각의 셀 및 발진회로와 다양한 부위에 접촉될 수 있다.
따라서, 본 발명에서 상기 온도조절부가 '직접 접촉되어 ~' 의 의미는 상기 셀 또는 발진회로의 상면, 하면 또는 측면 중 어느 하나 이상의 부위에 상기 온도조절부가 밀착되어 결합됨으로써, 상기 셀 또는 발진회로를 가열하거나 또는 냉각시킬 수 있음을 의미한다.
본 발명에서 상기 온도조절부는 가열 또는 냉각이 가능하거나 또는 가열과 냉각기능을 모두 구비할 수 있다. 예를 들어 가열기능을 위해서는 열판이 직접 셀 또는 발진회로에 접촉되거나, 또는 상기 열판, 또는 가열선을 포함하는 플레이트 등이 상기 셀 또는 발진회로와 직접적으로 접촉됨으로써 온도를 상승시키거나 또는 가열을 중지하여 온도 상승을 중단시킬 수 있고, 냉각기능을 위해서는 냉각판이 직접 셀 또는 발진회로에 접촉되거나, 또는 상기 냉각판 또는 냉각용매가 흐르는 냉각관을 포함하는 플레이트 등이 상기 셀 또는 발진회로와 직접적으로 접촉됨으로써 온도를 하강시키거나 또는 냉각을 중지하여 온도 하강을 중단시킬 수 있다.
여기서, 상기 온도조절부는 온도조절부 자체 내에 온도조절을 할 수 있는 제어부를 구비할 수도 있고, 상기 온도조절부의 외부에 온도제어가 가능한 제어부를 별도로 구비할 수 도 있다.
일 예로서, 상기 온도조절부는 히터 또는 펠티에 소자를 포함하는 플레이트가 수정 결정을 포함하는 셀 또는 발진회로 중 적어도 하나에 직접 접촉됨으로써, 온도가 조절될 수 있다.
여기서, 상기 펠티에 소자는 펠티에 효과를 나타내는 소자로서, 펠티에 효과는 2종류의 금속 끝을 접속시켜, 여기에 전류를 흘려보내면, 전류 방향에 따라 한쪽 단자는 흡열하고, 다른 쪽 단자는 발열을 일으키는 현상이다. 2종류의 금속 대신 전기전도 방식이 다른 비스무트, 텔루륨 등 반도체를 사용하면, 효율성 높은 흡열 또는 발열 작용을 하는 펠티에소자를 얻을 수 있고, 이는 전류 방향에 따라 흡열·발열의 전환이 가능하고, 전류량에 따라 흡열 또는 발열량이 조절되므로, 상온 부근의 정밀한 온도 조절부를 제작할 수 있다.
본 발명에서 상기 온도 변화에 따른 공진 주파수 변화를 최소화 하기 위해, 바람직하게는 상기 발진회로에 상기 온도조절부가 직접 접촉되어 결합될 수 있고, 더욱 바람직하게는 셀의 하부 및 발진회로의 하부에 각각 상기 온도조절부가 직접 접촉되어 결합될 수 있다.
상기 발진 회로는 원하는 주파수만을 선택하여 발진하는 기능을 하며, 이로부터 일정한 공진 주파수가 생성되도록 한다. 이 부분은 수정 결정과는 떨어져 구비되는 전자 회로 부분에 해당되나, 본 발명에서는 상기 발진 회로부분의 온도변화를 최소화함으로써, 공진 주파수 변화를 최소화를 구현할 수 있는 장치를 제공할 수 있음을 알게 되었고, 이는 본 발명에서의 기술적 특징부를 이루고 있다.
한편 본 발명에서 상기 전기화학적 수정 결정 미소저울(EQCM) 장치는 DC 전압을 생성하여 안정된 신호전압으로 인가시키는 정전위기(Potentiostat)를 포함할 수 있다. 상기 정전위기(Potentiostat)는 전기화학적 수정 결정 미소저울(EQCM) 장치의 작동전극(Working electrode)와 나머지 전극들에 안정된 신호의 전압을 유지시켜주는 역할을 함으로써, 전기화학적 셀 내의 화학반응을 분석하고자 하는 목적과 분석조건에 맞게 제어 할 수 있도록 하여준다.
한편, 본 발명에서 청구하는 전기화학적 수정 결정 미소저울 장치(EQCM) 또는 수정 결정 미소저울 장치(QCM)는 나노수준의 질량변화를 측정할 수 있는 나노저울(Nanobalance)을 포함하는 개념으로 이해되어야 한다. 즉, 본 발명에서 전기화학적 수정 결정 미소저울 장치(EQCM) 또는 수정 결정 미소저울 장치(QCM)는 각각 나노수준의 질량변화 측정이 가능한 저울인, 전기화학적 수정 결정 나노저울 장치(EQCN) 또는 수정 결정 나노저울 장치(QCN)를 포함한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
(실시예)
본 발명에서의 전기화학적 수정 결정 미소저울 장치로서, 발진회로(Oscillator)는 Resonant Frequency : 9 ㎒, Sensitivity : 4.2 ng/㎐㎠ 를 사용하였으며 이를 통해 0.1 ng까지의 분해능을 가지는 EQCM 장치를 제조할 수 있다. 또한 사용되는 주파수 계수기(Frequency Counter)는 AT slot 타입을 사용하였으며, 1/T : 1 ㎐ ~ 27 ㎒, T : 1m㎐ ~ 27 ㎒ 의 범위를 갖는다.
본 발명에서 사용되는 온도 조절부로서 가열 및 냉각기능이 동시에 가능한 장치로서 펠티에 소자를 사용하여 발진회로 또는 셀 부분의 일정한 온도 유지를 위해 상기 펠티에 소자가 직접 접촉하도록 하였다. 또한 상기 가열 및 냉각을 통한 일정한 온도조절을 위해 상기 펠티에 소자의 온도를 제어할 수 있는 제어장치를 별도로 구성하여, 온도 조절부의 외부에 구비하도록 하였다.
측정을 위한 외기온도는 25 ℃로 유지하였으며, 실시예로서는 본 발명의 EQCM 내의 발진회로만을 펠티에 소자에 직접접촉하여 온도유지한 경우(실시예1), 셀 부분만을 직접 접촉에 의해 온도유지한 경우(실시예2) 및 상기 발진회로 및 셀부분을 동시에 온도유지한 경우(실시예 3)를 종래기술에 해당하는 것으로서, 발진회로나 셀부분에 온도 조절을 하지 않은 경우(비교예)와 비교하였고, 상기 실시예 1 내지 실시예 3과 비교예의 결과를 도 5에 도시하였다.
상기 도 5내 도 5a는 실시예 1에 해당하는 발진회로부만을 직접 접촉에 의해 온도조절한 경우의 그래프를 도시하였으며, 도 5b는 실시예 2에 해당하는 셀 부분만을 직접 접촉에 의해 온도조절한 경우의 그래프를 도시하였고, 도 5c는 실시예 3에 해당하는 셀과 발진회로부를 모두 직접 접촉에 의해 온도조절한 경우의 그래프를 도시하였으며, 도 5d는 종래기술에 해당하는, 발진회로나 셀부분에 온도 조절을 하지 않은 경우에서의 그래프를 도시하였다.
상기 도 5에 도시된 결과에서 보는 바와 같이, 종래기술에 해당하는 비교예에서는 외부의 온도가 일정한 경우라 하더라도 주파수 변화가 178 Hz정도의 큰 폭의 변화를 가지는 것을 나타내어 안정화되기 위한 시간이 매우 많이 걸리게 되나, 실시예 1에서는 발진회로부만을 펠티에 소자에 의한 직접 접촉에 의해 온도조절한 경우에 10 Hz의 주파수 변화만을 보여주고 있으며, 실시예 2에 따라 셀 부분만을 직접 접촉에 의해 온도조절한 경우 97 Hz정도의 주파수 변화만을 보여주고 있고, 실시예 3에 해당하는 셀과 발진회로부를 모두 직접 접촉함에 의해 온도조절한 경우에는 5 Hz 정도로 안정화된 주파수 변화를 나타냄으로써, 본 발명에서의 실시예 1 내지 실시예 3에 따른 결과가 상기 비교예보다 훨씬 개선된 효과를 갖는 것을 알 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 발진회로 20 : 진동수 계측기
30 : DAQ Board 40 : 작동전극
41 : 수정 결정 45 : 정전위기
50 : 기준전극 60 : 상대전극
70 : 전기화학적 셀
80, 80' : 온도조절부 90 : PC

Claims (11)

  1. 수정 결정을 포함하는 작동전극, 기준전극 및 상대전극을 포함하는 전기화학적 셀;
    원하는 주파수만을 선택하여 발진하는 발진회로; 및
    상기 수정 결정을 포함하는 작동전극에서 일어나는 주파수 변화를 측정하는 진동수 계측기를 포함하는 전기화학적 수정 결정 미소저울(EQCM) 장치에 있어서,
    상기 발진회로에 직접 접촉되어 결합되는 온도조절부를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학적 수정 결정 미소저울(EQCM) 장치
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도조절부는 가열 또는 냉각이 가능하거나 또는 가열과 냉각기능을 모두 구비한 것을 특징으로 하는 전기화학적 수정 결정 미소저울 장치
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 온도조절부는 히터 또는 펠티에 소자를 포함하는 플레이트가 발진회로에 직접 접촉됨으로써, 온도가 조절되는 것을 특징으로 하는 전기화학적 수정 결정 미소저울 장치
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 수정 결정 미소저울 장치는 전기화학적 셀 및 발진회로에 각각 상기 온도조절부가 직접 접촉되어 결합되는 것을 특징으로 하는 전기화학적 수정 결정 미소저울 장치
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전기화학적 수정 결정 미소저울 장치는 수정 결정을 포함하는 셀의 하부 및 발진회로의 하부에 각각 상기 온도조절부가 직접 접촉되어 결합되는 것을 특징으로 하는 전기화학적 수정 결정 미소저울 장치
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기화학적 수정 결정 미소저울 장치는 DC 전압을 생성하여 안정된 신호전압으로 인가시키는 정전위기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기화학적 수정 결정 미소저울 장치
  7. 수정 결정을 포함하는 셀;
    원하는 주파수만을 선택하여 발진하는 발진회로; 및
    상기 수정 결정을 포함하는 셀에서 일어나는 주파수 변화를 측정하는 진동수 계측기를 포함하는 수정 결정 미소저울(QCM) 장치에 있어서,
    상기 발진회로에 직접 접촉되어 결합되는 온도조절부를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 수정 결정 미소저울(QCM) 장치
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 온도조절부는 가열 또는 냉각이 가능하거나 또는 가열과 냉각기능을 모두 구비한 것을 특징으로 하는 수정 결정 미소저울 장치
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 온도조절부는 히터 또는 펠티에 소자를 포함하는 플레이트가 발진회로에 직접 접촉됨으로써, 온도가 조절되는 것을 특징으로 하는 수정 결정 미소저울 장치
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 수정 결정 미소저울 장치는 수정 결정을 포함하는 셀 및 발진회로에 각각 상기 온도조절부가 직접 접촉되어 결합되는 것을 특징으로 하는 수정 결정 미소저울 장치
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 수정 결정 미소저울 장치는 수정 결정을 포함하는 셀의 하부 및 발진회로의 하부에 각각 상기 온도조절부가 직접 접촉되어 결합되는 것을 특징으로 하는 수정 결정 미소저울 장치
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