KR101539526B1 - Metal oxide nanofibers including nanoscale pores, fabrication method for preparing the same, and gas sensor comprising the same - Google Patents

Metal oxide nanofibers including nanoscale pores, fabrication method for preparing the same, and gas sensor comprising the same Download PDF

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최선진
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Abstract

The present invention relates to a metal oxide nanofiber including a multiple pore distribution structure, a manufacturing method thereof and a gas sensor including the same and, more specifically, to a metal oxide precursor/polymer composite nanofiber whose outer surface and inner surface are attached to sacrificial layer templates, which is manufactured by dispersing a polymer bead template on the sacrificial layer to be separated with heat in an electrospinning solution where metal oxide precursors and polymers are dissolved and electrospins the same, and to a manufacturing method of metal oxide nanofibers with the multiple pore distribution structure made by including different sized polymer beads, removing the sacrificial layer template and polymers with use of post-heat treatment and oxidizing metal oxide. The metal oxide nanofiber with a multiple pore distribution structure includes increased porosity, whose surface area is increased with large pore distribution structure, and is accordingly used in a high sensitivity exhalation sensing sensor and a good harmful-environment sensing sensor because the metal oxide nanofiber with the multiple pore distribution structure has efficient surface gas reaction and good performance of permeating and dispersing gas.

Description

다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 가스 센서{METAL OXIDE NANOFIBERS INCLUDING NANOSCALE PORES, FABRICATION METHOD FOR PREPARING THE SAME, AND GAS SENSOR COMPRISING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a metal oxide nanofiber having a multi-pore distribution structure, a method of manufacturing the same, and a gas sensor including the same. BACKGROUND ART < RTI ID = 0.0 >

본 발명은 나노스케일 기공을 포함하는 금속산화물 나노섬유, 나노섬유의 제조 방법 및 나노섬유를 포함하는 날숨 가스 분석을 위한 가스 센서에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 전기방사로 제작된 금속산화물 나노섬유의 내부와 표면에 복수의 기공을 형성하는 방법에 관한 것으로, 전기방사 용액 제조 시 고분자/금속산화물 전구체가 포함된 방사용액과 함께 상기 방사용액에 녹지 않는 구형의 템플레이트(template) 고분자를 분산시켜 전기방사를 실시한 후, 후속 열처리 과정에서 템플레이트 고분자를 제거시킴으로써, 나노스케일의 기공이 포함된 금속산화물 나노섬유, 이러한 나노섬유의 제조방법 및 나노섬유를 포함하는 날숨 가스 분석을 위한 가스 센서에 관한 것이다.The present invention relates to metal oxide nanofibers including nanoscale pores, a method for producing nanofibers, and a gas sensor for analyzing exhaled gas containing nanofibers. More particularly, the present invention relates to a method of forming a plurality of pores on the inside and the surface of a metal oxide nanofiber fabricated by electrospinning. In the preparation of an electrospinning solution, the spinning solution containing a polymer / metal oxide precursor, A method of manufacturing nanofibers, nanofibers, nanofibers, nanofibers, nanofibers, nanoparticles, nanoparticles, nanoparticles, nanoparticles, nanoparticles, nanoparticles, nanoparticles, The present invention relates to a gas sensor for analyzing an exhalation gas.

금속산화물을 이용한 가스 센서 응용에 대한 연구는 박막 필름을 이용한 가스 센서 소재로부터 더욱 향상된 감지특성을 가질 수 있는 나노입자 및 다양한 나노구조를 가지는 형태의 소재로 개발이 이루어져 왔다. 금속산화물을 이용한 가스 센서의 기본적인 원리는 금속산화물 반도체의 표면에 흡착된 이온화된 산소(O-, O2-)와 산화(Cl2, NO, NO2 등) 및 환원가스(CH3COCH3, C2H5OH, CO, H2 등)가 반응함으로써 전기저항이 변화하는 특성을 이용하는 것이다. 나노입자 및 나노튜브, 나노와이어 등 다양한 나노구조를 갖는 금속산화물 감지소재 합성에 대한 연구는, 가스와 반응할 수 있는 표면적을 넓힘으로써 고감도의 가스 센서를 제작하기 위한 효과적인 연구방법으로 제시가 되었다.Studies on the application of gas sensors using metal oxides have been developed as nanoparticles and materials with various nanostructures that can have further improved sensing properties from gas sensor materials using thin film. The basic principle of a gas sensor using a metal oxide is that ionized oxygen (O - , O 2- ) adsorbed on the surface of a metal oxide semiconductor and oxidation (Cl 2 , NO, NO 2, and the like) and a reducing gas (CH 3 COCH 3 , C 2 H 5 OH, CO, H 2, and the like) react with each other. Research on the synthesis of metal oxide sensing materials with various nanostructures, such as nanoparticles, nanotubes, and nanowires, has been presented as an effective research method for producing highly sensitive gas sensors by broadening the surface area capable of reacting with gases.

최근 들어, 나노섬유 구조를 손쉽게 제조할 수 있는 전기방사 기술이 가스 센서 연구에 활발히 적용이 되고 있다. 전기방사 기술을 통한 금속산화물 나노섬유 제작은 전기방사 용액 제조부터 시작된다. 전기방사 용액은 용매에 특정 고분자 및 금속산화물을 형성하기 위한 금속산화물 전구체를 함께 용해시킴으로써 제조된다. 이렇게 제조된 전기방사 용액을 시린지 펌프에 담아 일정한 토출량으로 밀어내줌과 동시에 시린지 펌프에 달린 노즐과 집전체 사이에 높은 전압을 인가해주면 방사용액이 나노섬유 형태로 집전체 상단에 수집되게 된다. 이렇게 수집된 나노섬유는 고온의 열처리를 통하여 폴리머 성분은 제거시키고, 금속산화물 전구체는 고온에서 산화되어 금속산화물 나노섬유를 형성할 수 있게 된다. 특히 고온 열처리 과정을 거치면서 금속산화물 전구체 염들이 산화 과정 중에 핵생성과 입자성장 과정을 거침으로써, 미세한 나노입자들로 구성된 다결정의 나노섬유 형상이 얻어지게 된다. 이러한 원리를 통한 연구로, 전구체염과 고분자간의 상유동성을 조절하여, 100 nm 미만의 미세한 기공들이 포함된 다결정 나노섬유 구조를 제조할 수도 있으며(한국등록특허 제10-1337914호 참조, 발명자: 김일두, 이종흔, 최승훈), 전구체염과 고분자간의 상유동성을 갖는 조건에서, 전기방사 시에 토출 속도를 높여, 수백 ~ 수 마이크로미터 크기의 길이 방향으로 연신된 거대기공들이 포함이 된 나노섬유 구조를 제조하는 연구도 제시된 바 있다. 또한 20 nm 크기의 카본블랙을 탄소 템플레이트를 이용하여, 전기방사 용액에 함께 분산시켜, 고온에서 열처리하여 줌으로써, 20 nm 크기의 미세한 기공들이 포함된 금속산화물 나노섬유 합성에 대한 연구도 보고된 바가 있다. 그러나 카본블랙과 같은 탄소 입자는 분해시키기 위하여 일반적으로 600 °C 이상의 고온 열처리가 요구된다. 열처리가 온도가 600 °C 이상으로 매우 높아지는 경우, 기공이 많이 포함된 나노섬유 형상의 구조가 쉽게 무너질 수도 있다. 따라서 지나치게 높지 않은 온도에서 희생층 템플레이트를 쉽게 제거하는 것이 중요하다.In recent years, electrospinning technology that can easily fabricate nanofiber structures has been actively applied to gas sensor research. Fabrication of metal oxide nanofibers through electrospinning technology begins with the preparation of electrospinning solutions. The electrospinning solution is prepared by dissolving a specific polymer in a solvent and a metal oxide precursor for forming a metal oxide together. The electrospinning solution thus prepared is put into a syringe pump and pushed to a certain discharge amount. At the same time, when a high voltage is applied between the nozzle and the current collector on the syringe pump, the spinning solution is collected on the top of the collector in the form of nanofiber. The collected nanofibers are thermally treated at high temperature to remove polymer components, and the metal oxide precursor can be oxidized at high temperatures to form metal oxide nanofibers. Particularly, as the metal oxide precursor salts undergo nucleation and grain growth during the oxidation process, a polycrystalline nanofiber shape composed of fine nanoparticles can be obtained. By studying this principle, it is possible to prepare a polycrystalline nanofiber structure including fine pores of less than 100 nm by controlling the phase fluidity between the precursor salt and the polymer (refer to Korean Patent No. 10-1337914, inventor: Kim, , The preparation of a nanofiber structure including a macropore stretched in the longitudinal direction of several hundreds to several micrometers by increasing the discharge speed during electrospinning under the condition having a phase fluidity between the precursor salt and the polymer Research has been presented. In addition, studies have been made on the synthesis of metal oxide nanofibers containing fine pores having a size of 20 nm by dispersing carbon nanotubes having a size of 20 nm in a carbon template together with an electrospinning solution and heat-treating them at a high temperature . Carbon particles such as carbon black, however, generally require high temperature heat treatment above 600 ° C to decompose. If the heat treatment is performed at a temperature of 600 ° C or higher, the nanofiber-like structure containing a large amount of pores may easily collapse. It is therefore important to easily remove the sacrificial layer template at an excessively high temperature.

또한, 대기 중의 유해 환경을 모니터링하는 환경 센서뿐만 아니라, 인체의 날숨으로부터 배출되는 휘발성 유기화합물(volatile organic compound)을 정밀하게 분석하여, 질병을 진단하는 날숨센서에 대한 연구개발이 활발히 이루어지고 있다. 특히, 특정 질병의 바이오마커로 알려진 아세톤, 톨루엔, 이소프렌, 펜탄과 같은 휘발성 유기화합물 가스들은 분자의 크기가 대기환경 유해가스들(NOx, CO, SOx 등)에 비교하여 상당히 큰 편이기 때문에, 큰 크기의 휘발성 유기화합물 가스들이 감지소재의 내부에서 빠르게 확산할 수 있는 큰 기공의 역할이 매우 중요하다. 이러한 기공들이 50 nm 이상의 크기를 갖는 경우, 빠른 분자의 확산뿐만 아니라 표면적의 증대 효과도 가질 수 있다. 미세한 나노입자들로 구성된 다결정 나노섬유 구조에 있어서, 나노입자들 사이사이에 형성되는 50 nm 이하 급의 미세한 기공과, 100 ~ 500 nm 크기의 거대기공들이 동시에 같이 존재하는 다중의 기공 분포 (bi-modal pore distribution) 구조를 가지게 됨으로써, 큰 분자 구조를 갖는 휘발성 유기화합물 가스들에 대해서도 효과적인 가스성분 검출이 가능하다. In addition, researches and developments have been actively made on an exhalation sensor for diagnosing diseases by precisely analyzing volatile organic compounds emitted from the exhalation of human body as well as environmental sensors for monitoring harmful environments in the atmosphere. In particular, volatile organic compounds such as acetone, toluene, isoprene, and pentane, known as biomarkers of a specific disease, are considerably larger in size compared to the atmospheric environment (NO x , CO, SO x, etc.) , It is very important that the large pores are capable of rapidly diffusing large-sized volatile organic compound gases in the sensing material. When these pores have a size of 50 nm or more, they can have an effect of increasing surface area as well as diffusion of fast molecules. In a polycrystalline nanofiber structure composed of fine nanoparticles, a pore size distribution of nanoparticles having a size of 50 nm or less formed between nanoparticles and a pore size distribution of bi- modal pore distribution structure, it is possible to detect an effective gas component even for a volatile organic compound gas having a large molecular structure.

따라서, 1 ~ 50 nm 크기의 미세기공과 100 ~ 500 nm 크기의 거대기공을 동시에 가지는 다결정 금속산화물 나노섬유를 손쉽게 합성할 수 있는 공정 개발이 필요하다.Therefore, it is necessary to develop a process capable of easily synthesizing polycrystalline metal oxide nanofibers having micropores of 1 to 50 nm size and macropores of 100 to 500 nm size simultaneously.

본 발명의 목적은, 금속산화물 나노섬유의 내부 및 표면에 수십 nm ~ 수백 nm 크기를 가지는 다수의 기공이 형성된 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유의 제조방법을 제공하는 것이다. An object of the present invention is to provide a method for producing a metal oxide nanofiber having a multi-pore distribution structure in which a plurality of pores having a size of several tens nm to several hundreds of nanometers are formed on the inside and the surface of the metal oxide nanofiber.

본 발명의 다른 목적은, 다양한 크기 (50 nm~500 nm) 중에서 선택된 하나의 크기를 갖는 고분자 비드(bead)를 전기방사 용액에 포함시켜 전기방사를 진행 한 후, 후속 열처리를 거쳐서 고분자 비드의 제거에 의해 형성되는 선택된 고분자 비드의 크기와 유사한 크기의 기공을 포함하는 금속산화물 나노섬유의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an electrospinning device for a polymer bead having a size selected from various sizes (50 nm to 500 nm) in an electrospinning solution to conduct electrospinning and subsequent heat treatment to remove polymer beads And a pore having a size similar to the size of the selected polymer beads formed by the metal oxide nanofibers.

본 발명의 또 다른 목적은, 2 종류 이상의 각기 다른 크기를 갖는 고분자 비드를 전기방사 용액에 포함시켜 전기방사를 진행한 후, 후속 열처리를 거쳐서 고분자 비드의 제거에 의해 2 종류 이상의 각기 다른 크기의 기공을 포함하는 금속산화물 나노섬유를 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide a polymeric bead comprising two or more kinds of polymer beads having different sizes in an electrospinning solution to conduct electrospinning and subsequent heat treatment to remove polymer beads to form pores of two or more different sizes And a metal oxide nanofiber.

본 발명의 또 다른 목적은, 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유를 감지소재로 이용한 고감도 유해환경 가스 감지센서 및 날숨가스 감지센서를 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a high-sensitivity harmful environmental gas sensing sensor and an exhaled gas sensing sensor using metal oxide nanofibers having a multi-pore distribution structure as a sensing material.

본 발명의 일 관점인 다공성 금속산화물 나노섬유를 제작하기 위하여, 희생층 템플레이트(구형의 고분자 비드)가 분산된 용액에 금속산화물 전구체와 점도가 높은 고분자를 함께 용해시킨 후, 전기방사 기술을 이용하여 희생층 템플레이트가 내부 및 표면에 결착된 고분자/금속산화물 전구체 복합 나노섬유를 형성시키고, 후속 열처리 과정을 거침으로써 희생층 템플레이트가 제거되면서 생기는 기공을 나노섬유의 내부 및 표면에 포함하는 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유를 제조할 수 있다. In order to produce porous metal oxide nanofibers which are one aspect of the present invention, a metal oxide precursor and a polymer having high viscosity are dissolved together in a solution in which a sacrificial layer template (spherical polymer bead) is dispersed, Metal oxide precursor composite nanofibers in which the sacrificial layer template is bound to the inside and the surface of the sacrificial layer template, and a multi-pore distribution structure including the inside and the surface of the nanofiber, The metal oxide nanofiber can be produced.

일실시예에서, 상기 희생층 템플레이트의 직경은 50 nm ~ 500 nm일 수 있으며, 희생층 템플레이트 소재는 폴리머(폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리스티렌(PS) 및 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)) 또는 단백질(ferritin, virus)과 같이 고온 열처리를 통해 제거될 수 있는 템플레이트 일 수 있다. In one embodiment, the diameter of the sacrificial layer template may be 50 nm to 500 nm, and the sacrificial layer template material may be a polymer (polymethylmethacrylate (PMMA), polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl acetate (PVA), polyvinyl alcohol (PVA), polystyrene (PS) and polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride Lt; / RTI >

본 발명의 다른 관점인 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유 제조 방법은 (a) 희생층 템플레이트가 분산된 용액에 금속산화물 전구체와 고분자를 함께 용해시킴으로써 전기방사 용액을 제조하는 단계; (b) 상기 제조된 전기방사 용액을 전기방사하여 템플레이트가 고분자/금속산화물 전구체 복합 나노섬유의 내부 및 표면에 결착된 나노섬유를 형성하는 단계; 및 (c) 상기 템플레이트가 나노섬유의 내부 및 표면에 결착된 금속산화물 전구체/고분자 복합 섬유를 고온에서 열처리하여 희생층 템플레이트를 제거하고, 금속산화물 전구체가 산화되어 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In another aspect of the present invention, a method for producing a metal oxide nanofiber having a multi-pore distribution structure includes the steps of: (a) preparing an electrospinning solution by dissolving a metal oxide precursor and a polymer together in a solution in which a sacrificial layer template is dispersed; (b) electrospinning the prepared electrospinning solution to form nanofibers bound to the inside and the surface of the polymer / metal oxide precursor composite nanofibers by the template; And (c) removing the sacrificial layer template by heat-treating the metal oxide precursor / polymer composite fiber bound to the inside and the surface of the nanofiber by a high temperature, and oxidizing the metal oxide precursor to form a metal oxide nano- And forming a fiber.

본 발명의 실시예들에 따르면, 다른 크기의 희생 고분자 비드를 포함하는 고분자/금속산화물 전구체 복합 나노섬유를 전기방사 한 후 열처리하여, 금속산화물 나노섬유의 내부 및 표면에 서로 다른 크기의 기공이 포함된 다중 기공 분포 구조를 갖는 다결정 금속산화물 나노섬유를 제조할 수 있다. According to the embodiments of the present invention, the polymer / metal oxide precursor composite nanofibers including sacrificial polymer beads of different sizes are electrospun and then heat-treated to form pores having different sizes on the inside and the surface of the metal oxide nanofiber Polycrystalline metal oxide nanofibers having a multi-pore distribution structure can be produced.

표면에 형성된 다양한 크기의 기공 및 내부에 형성된 기공은 산화가스(Cl2, NO, NO2 등) 및 환원가스(CH3COCH3, C2H5OH, CO, H2 등)가 주입될 경우, 더 넓은 표면에서 가스반응이 일어나게 할 수 있을 뿐만 아니라, 발달된 기공을 통한 확산을 활발히 하여 고감도 가스 감지 특성을 나타낼 수 있다. Pores of various sizes formed on the surface and pores formed in the surface are oxidized gas (Cl 2 , NO, NO 2, etc.) and reducing gas (CH 3 COCH 3 , C 2 H 5 OH, CO, H 2, etc.) are injected, And thus can exhibit high sensitivity gas sensing characteristics.

다중 기공 분포 구조를 갖는 다결정 금속산화물 나노섬유 감지소재는 환경 센서 및 질병 진단용 날숨 (exhaled breath) 검출센서 소재로 활용할 수 있다.The polycrystalline metal oxide nanofiber sensing material having a multi-pore distribution structure can be used as an environmental sensor and an exhaled breath detection sensor material.

도 1은 본 발명의 일 구체예를 설명하는 고분자 비드 템플레이트를 이용하여 형성된 다중 기공 분포를 갖는 금속산화물의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에서 사용한 전기방사 기술을 설명하기 위한 모식도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 대한 고분자 비드 템플레이트를 이용한 다중 기공 분포를 갖는 금속산화물 나노섬유를 제작하는 과정을 도식화한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따라 얻어진 500 nm 직경의 폴리스티렌 비드 템플레이트가 텅스텐 산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유의 표면 및 내부에 결착된 나노섬유의 주사전자현미경 (SEM) 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따라 얻어진 500 nm 직경의 폴리스티렌 비드 템플레이트가 결착된 텅스텐 산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유를 고온에서 열처리 한 후에 얻어진 텅스텐 산화물 나노섬유의 주사전자현미경 (SEM) 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1에 따라 얻어진 100 nm 직경의 폴리스티렌 비드 템플레이트가 결착된 텅스텐 산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유를 고온에서 열처리 한 후에 얻어진 텅스텐 산화물 나노섬유의 주사전자현미경 (SEM) 사진이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1에 따라 얻어진 200 nm 직경의 폴리스티렌 비드 템플레이트가 결착된 텅스텐 산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유를 고온에서 열처리 한 후에 얻어진 텅스텐 산화물 나노섬유의 주사전자현미경 (SEM) 사진이다.
도 8은 본 발명의 실시예 2에 따라 얻어진 200 nm 및 500 nm 직경의 서로 다른 크기의 폴리스티렌 비드 템플레이트가 결착된 텅스텐 산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유를 고온에서 열처리 한 후에 얻어진 텅스텐 산화물 나노섬유의 주사전자현미경 (SEM) 사진이다.
도 9는 본 발명의 비교예 1에 따라 폴리스티렌 비드의 포함 없이 제조된 텅스텐 산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유의 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 10는 본 발명의 비교예 1에 따라 폴리스티렌 비드의 포함 없이 제조된 텅스텐 산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유를 고온에서 열처리한 후 얻어진 치밀한 구조의 텅스텐 산화물 나노섬유의 주사전자현미경 (SEM) 사진이다.
도 11은 본 발명의 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에 따라 얻어진 다중 기공 분포 구조를 갖는 텅스텐 산화물 및 폴리스티렌 비드의 포함 없이 제조된 치밀한 텅스텐 산화물 나노섬유를 이용한 300 °C에서 황화수소 감지특성을 나타낸 그래프이다.
FIG. 1 is a conceptual diagram of a metal oxide having a multi-pore distribution formed by using a polymer bead template to explain one embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram for explaining an electrospinning technique used in one embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a process for fabricating a metal oxide nanofiber having a multi-pore distribution using a polymer bead template according to Example 1 of the present invention.
4 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of nanofibers in which polystyrene bead templates of 500 nm diameter obtained according to Example 1 of the present invention are bound to the surface and inside of a tungsten oxide precursor / polymer composite nanofiber.
5 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the tungsten oxide nanofiber obtained after heat treatment of a 500 nm diameter polystyrene bead template-bound tungsten oxide precursor / polymer composite nanofiber obtained according to Example 1 of the present invention at a high temperature .
6 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a tungsten oxide nanofiber obtained after heat treatment of a tungsten oxide precursor / polymer composite nanofiber with a polystyrene bead template of 100 nm diameter obtained according to Example 1 of the present invention at a high temperature .
7 is a scanning electron microscope (SEM) image of tungsten oxide nanofibers obtained after heat treatment of a 200 nm diameter polystyrene bead template-bound tungsten oxide precursor / polymer composite nanofiber obtained according to Example 1 of the present invention at a high temperature .
8 is a graph showing the results of the injection of tungsten oxide nanofibers obtained after heat treatment at high temperature of tungsten oxide precursor / polymer composite nanofibers obtained by binding polystyrene bead templates having different diameters of 200 nm and 500 nm diameters obtained according to Example 2 of the present invention It is an electron microscope (SEM) photograph.
9 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a tungsten oxide precursor / polymer composite nanofiber prepared without the addition of polystyrene beads according to Comparative Example 1 of the present invention.
10 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a dense structure tungsten oxide nanofiber obtained by heat-treating a tungsten oxide precursor / polymer composite nanofiber prepared without containing polystyrene beads according to Comparative Example 1 of the present invention at a high temperature.
11 is a graph showing the relationship between the hydrogen sulfide detection characteristic at 300 [deg.] C using dense tungsten oxide nanofibers prepared without inclusion of tungsten oxide and polystyrene beads having multi-pore distribution structures obtained according to Example 1, Example 2 and Comparative Example 1 of the present invention Fig.

본 발명의 일 관점인 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유는 나노섬유의 표면 및 내부에 다양한 크기를 가지는 기공을 포함할 수 있다. In one aspect of the present invention, the metal oxide nanofibers having a multi-pore distribution structure may include pores having various sizes on the surface and inside of the nanofiber.

금속산화물 나노섬유는 전기방사 기술을 이용하여 합성될 수 있으며, 금속산화물 표면 및 내부에 기공을 형성하기 위한 방법으로는 고분자 비드 템플레이팅 방법을 이용할 수 있다.The metal oxide nanofibers can be synthesized by using the electrospinning technique, and the polymer bead templating method can be used as a method for forming pores on the surface and inside of the metal oxide.

도 1은 본 발명의 일 구체예에서 제시하는 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유의 모식도를 나타낸다. 도 1에서 나타난 바와 같이, 금속산화물 나노섬유가 서로 엉켜있는 웹(web) 구조가 형성될 수 있으며(001), 전기방사로 형성된 금속산화물 나노섬유는 원통형 구조(002)뿐만 아니라, 판상구조를 가지는 나노벨트 형상(003)도 가질 수 있다. 본 발명의 일 구체예에서 제안하는 템플레이팅 방법을 통하여 형성된 기공은 50 nm ~ 500 nm 크기의 고분자 비드 템플레이트를 사용함으로써 직경이 작은 기공(005) 및 직경이 큰 기공(004)과 같은 다수의 기공들이 금속산화물 나노섬유의 내부 및 표면에 형성될 수 있다. 특히, 300 ~ 500 nm 크기의 큰 크기의 고분자 비드와 50 ~ 200 nm 크기의 작은 크기의 고분자 비드를 동시에 포함시켜서 템플레이트로 활용하는 경우, 이중 기공 분포 구조에서부터 삼중 기공 분포 내지는 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유를 형성시킬 수도 있다.FIG. 1 is a schematic view of a metal oxide nanofiber having a multi-pore structure shown in one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a web structure in which metal oxide nanofibers are mutually entangled can be formed (001). The metal oxide nanofibers formed by electrospinning have not only a cylindrical structure (002) It can also have a nano-belt shape (003). The pores formed through the templating method proposed in one embodiment of the present invention are formed by using a polymer bead template having a size of 50 nm to 500 nm so that pores having small diameters (005) and large pores (004) May be formed on the inside and on the surface of the metal oxide nanofibers. Particularly, when a large size polymer bead having a size of 300 to 500 nm and a small size polymer bead having a size of 50 to 200 nm are included at the same time and used as a template, it is possible to obtain a polymer having a triple pore distribution or a multi- Metal oxide nanofibers may be formed.

500 nm 보다 더 큰 고분자 비드를 템플레이트로 사용하는 경우, 열처리 후에 기공의 크기가 너무 커서 금속산화물 나노섬유가 안정적인 기계적 강도를 가지기 어렵게 되며, 50 nm 미만의 고분자 비드를 템플레이트로 사용하는 경우, 기공의 크기가 상대적으로 작아서, 빠른 가스의 확산을 기대하기 어렵게 된다. 따라서 작은 기공과 큰 기공이 동시에 포함되는 다중 기공 분포 구조의 금속산화물 나노섬유를 합성하는 것이 중요하다.When polymer beads larger than 500 nm are used as the template, the size of the pores after heat treatment is too large to make the metal oxide nanofibers hard to have stable mechanical strength. When polymer beads of less than 50 nm are used as the template, The size is relatively small, and it is difficult to expect fast gas diffusion. Therefore, it is important to synthesize metal oxide nanofibers having a multi-pore distribution structure including small pores and large pores at the same time.

도 2에 나타난 전기방사 장치는, 전기방사 용액을 담을 수 있는 플라스틱 실린지(Henke-Sass Wolf, 10 ml NORM-JECT?), 높은 전기장을 인가시켜 줄 수 있는 고전압 발생기(DC power supply), 전류 집전체(Collector), 전기방사 용액을 토출시켜 줄 수 있는 실린지 펌프(Syringe pump)로 구성될 수 있다. 전기방사 용액을 실린지에 담고 일정한 속도로 토출시키면서 실린지에 달린 노즐과 집전체 기판 사이에 고전압을 걸어주게 되면 손쉽게 고분자/금속산화물 전구체 복합 나노섬유 구조를 제조할 수 있다.The electrospinning apparatus shown in FIG. 2 includes a plastic syringe (Henke-Sass Wolf, 10 ml NORM-JECT ? ) Capable of holding an electrospinning solution, a DC power supply capable of applying a high electric field, A collector, and a syringe pump capable of discharging the electrospinning solution. The polymer / metal oxide precursor composite nanofiber structure can be easily fabricated by placing an electrospinning solution in a syringe and discharging it at a constant speed while applying a high voltage between the nozzle on the syringe and the collector substrate.

금속산화물 나노섬유를 형성하기 위한 전기방사 용액제조 방법은 특정 용매에 금속산화물 전구체와 고분자를 용해시킴으로써 이루어 질 수 있다. 용매는 전기방사에 사용되는 금속산화물 전구체 및 고분자를 녹일 수 있는 용매이면 특정 용매에 제약을 두지는 않는다. 예를 들면, 에탄올, 메탄올, 프로판올, 부탄올, IPA, 디메틸포름아마이드(dimethylformamide; DMF), 아세톤, 데트라하이드로퓨란, 톨루엔, 물 및 이들의 혼합물에서 선택된 용매를 이용할 수 있다. 고분자는 상기 전기방사를 위한 용매에 용해되는 고분자이면 특정 제약을 두지 않는다. 구체적인 예로, 고분자는 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리스티렌(PS) 및 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 될 수 있다. 금속산화물 전구체는 금속을 포함하는 염, 예를 들면 유기산염, 할로겐염, 무기산염, 알콕시염, 설파이드염, 아미드염 등이 될 수 있다. 구체적인 예로, 아세테이트, 클로라이드, 아세틸아세토네이트, 나이트레이트, 메톡시드, 에톡시드, 부톡시드, 이소프로폭시드, 설파이드, 옥시트리이소프로폭시드, (에틸 또는 세틸에틸) 헥사노에이트, 부타노에이트, 에틸아미드, 아미드 등의 형태를 가지는 금속염 중에서 선택된 어느 하나 내지는 둘 이상의 혼합염이 사용될 수 있다. 상기 금속을 포함하는 염은 고온에서 산화시키게 되면 ZnO, SnO2, WO3, Fe2O3, Fe3O4, NiO, TiO2, CuO, In2O3, Zn2SnO4, Li4Ti5O12, Li4Ti5O12, Co3O4, PdO, LaCoO3, NiCo2O4, Ca2Mn3O8, ZrO2, Al2O3, B2O3, V2O5, Cr3O4, CeO2, Pr6O11, Nd2O3, Sm2O3, Eu2O3, Gd2O3, Tb4O7, Dy2O3, Ho2O3, Er2O3, Yb2O3, Lu2O3, Ag2V4O11, Ag2O, Li0.3La0.57TiO3, LiV3O8, RuO2, IrO2, MnO2, InTaO4, ITO, IZO, InTaO4, MgO, Li2MnO4, LiCoO2, LiMn2O4, Ga2O3, LiNiO2, CaCu3Ti4O12, Li(Ni,Mn,Co)O2, LiFePO4, Li(Mn,Co,Ni)PO4, Li(Mn,Fe)O2, Liy(CrxMn2-x)O4+z, LiCoMnO4, Ag3PO4, BaTiO3, NiTiO3, SrTiO3, Sr2Nb2O7, Sr2Ta2O7,Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-7 중 하나 또는 둘 이상으로 구성하는 금속산화물을 형성할 수 있다. The method for preparing an electrospinning solution for forming a metal oxide nanofiber can be achieved by dissolving a metal oxide precursor and a polymer in a specific solvent. The solvent does not limit the specific solvent as long as it is a metal oxide precursor used for electrospinning and a solvent capable of dissolving the polymer. For example, solvents selected from ethanol, methanol, propanol, butanol, IPA, dimethylformamide (DMF), acetone, tetrahydrofuran, toluene, water and mixtures thereof can be used. The polymer does not have any specific restriction as long as it is a polymer dissolved in the solvent for the electrospinning. As a specific example, the polymer may be selected from the group consisting of polymethylmethacrylate (PMMA), polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl acetate (PVAc), polyvinyl alcohol (PVA), polystyrene (PS) and polyacrylonitrile Polyvinylidene fluoride (PVDF), or a mixture of two or more thereof. The metal oxide precursor may be a metal-containing salt, for example, an organic acid salt, a halogen salt, an inorganic acid salt, an alkoxy salt, a sulfide salt, an amide salt or the like. Specific examples include but are not limited to acetate, chloride, acetylacetonate, nitrate, methoxide, ethoxide, butoxide, isopropoxide, sulfide, oxytriisopropoxide, (ethyl or cetylethyl) hexanoate, , Ethylamide, amide, and the like can be used. When the metal-containing salt is oxidized at a high temperature, it is preferred that the metal oxide is selected from the group consisting of ZnO, SnO 2 , WO 3 , Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , NiO, TiO 2 , CuO, In 2 O 3 , Zn 2 SnO 4 , Li 4 Ti 5 O 12 , Li 4 Ti 5 O 12 , Co 3 O 4 , PdO, LaCoO 3 , NiCo 2 O 4 , Ca 2 Mn 3 O 8 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , V 2 O 5 , Cr 3 O 4, CeO 2 , Pr 6 O 11, Nd 2 O 3, Sm 2 O 3, Eu 2 O 3, Gd 2 O 3, Tb 4 O 7, Dy 2 O 3, Ho 2 O 3, Er 2 O 3, Yb 2 O 3 , Lu 2 O 3, Ag 2 V 4 O 11, Ag 2 O, Li 0.3 La 0.57 TiO 3, LiV 3 O 8, RuO 2, IrO 2, MnO 2, InTaO 4, ITO , IZO, InTaO 4, MgO, Li 2 MnO 4, LiCoO 2, LiMn 2 O 4, Ga 2 O 3, LiNiO 2, CaCu 3 Ti 4 O 12, Li (Ni, Mn, Co) O 2, LiFePO 4, Li (Mn, Co, Ni) PO 4, Li (Mn, Fe) O 2, Li y (Cr x Mn 2-x) O 4 + z, LiCoMnO 4, Ag 3 PO 4, BaTiO 3, NiTiO 3, SrTiO 3 , Sr 2 Nb 2 O 7 , Sr 2 Ta 2 O 7, and Ba 0.5 Sr 0.5 Co 0.8 Fe 0.2 O 3-7 .

고분자 비드 템플레이팅 방법은 상기에서 제조된 고분자와 금속산화물 전구체가 함께 용해되어 있는 전기방사 용액에 고분자 비드를 추가로 분산시켜 전기방사를 통해 나노섬유를 형성하고, 추가적인 열처리 과정을 거쳐 템플레이트를 제거함으로써 기공을 형성하는 방법이다. 이때 사용된 고분자 비드는 전기방사 용액에 녹지 않는 고분자를 선정하는 것이 중요하다. 상기 제조된 고분자 비드 템플레이트가 포함된 금속산화물 전구체/고분자 복합 섬유를 방사할 수 있다. 이때 고분자 비드는 복합 섬유의 내부뿐만 아니라 표면에도 분포될 수 있다. 이어서, 고온의 열처리 과정에서 복합섬유를 구성하는 모든 고분자 성분들은 분해되어 제거되며, 금속산화물 전구체 염들을 산화시키는 과정을 거쳐 다결정의 금속산화물 나노섬유를 형성할 수 있다. 이때 고분자 비드 템플레이트 또한 제거되면서, 비드의 크기에 해당하는 기공을 나노섬유의 내부 및 표면에 남기게 된다. In the polymer bead templating method, polymer beads are further dispersed in an electrospinning solution in which the polymer and the metal oxide precursor are dissolved together to form nanofibers through electrospinning, and further heat treatment is performed to remove the template It is a method of forming pores. It is important to select polymers that are insoluble in the electrospinning solution. The prepared metal oxide precursor / polymer composite fiber including the polymer bead template may be spun. At this time, the polymer beads can be distributed not only on the inside of the composite fiber but also on the surface. Then, all the polymer components constituting the composite fiber are decomposed and removed in a high-temperature heat treatment process, and the metal oxide precursor salts are oxidized to form polycrystalline metal oxide nanofibers. At this time, the polymer bead template is also removed, leaving pores corresponding to the size of the beads on the inside and the surface of the nanofiber.

상기 템플레이트는 고분자 및 단백질을 포함할 수 있으며, 전기방사 이후 고온 열처리 과정에서 제거되는 템플레이트면 특정 제한을 두지 않는다. 예를 들어, 상기 템플레이트는, 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리스티렌(PS) 및 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 페리틴(ferritin), 바이러스(virus) 등을 포함할 수 있으며, 이중 하나 또는 둘 이상의 조합이 템플레이트로 사용될 수 있다. The template may include polymers and proteins and does not have template surface specific limitations that are removed during the high temperature heat treatment subsequent to electrospinning. For example, the template may be made of a polymer selected from the group consisting of polymethylmethacrylate (PMMA), polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl acetate (PVAc), polyvinyl alcohol (PVA), polystyrene (PS) and polyacrylonitrile PAN, polyvinylidene fluoride (PVDF), ferritin, virus, and the like, and one or a combination of two or more thereof may be used as a template.

희생층 템플레이트의 형상은 볼 구조, 육각형, 오각형, 사각형, 삼각형 등의 다각형 형상을 가질 수 있으며, 템플레이트로 사용될 수 있다면 구조에 특정 제한을 두지 않는다. The shape of the sacrificial layer template may have a polygonal shape such as a ball structure, a hexagon, a pentagon, a quadrangle, a triangle, or the like, and if the template can be used, the structure is not limited.

희생층 템플레이트의 직경은 50 nm ~ 500 nm 일 수 있으며, 이 범위 내의 크기를 가지는 템플레이트는 특정 크기에 제약을 두지 않고 전기방사 용액에 포함시킬 수 있다.The diameter of the sacrificial layer template may be 50 nm to 500 nm, and the template having a size within this range may be included in the electrospinning solution without any specific size limitation.

희생층 템플레이트의 크기는 하나의 크기이거나, 두 종류 이상의 크기들이 조합된 고분자 비드 템플레이트를 포함시켜, 이중 기공 분포 내지는 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유를 합성할 수 있다. The size of the sacrificial layer template may be one or two or more sizes may be combined to form a polymer bead template to synthesize metal oxide nanofibers having a dual pore distribution or a multi-pore distribution structure.

희생층 템플레이트가 포함된 전기방사 용액은 실린지에 담아 일정한 속도로 토출시키면서 실린지에 달린 노즐과 집전체 기판 사이에 고전압을 걸어주게 되면 손쉽게 나노섬유 구조를 형성할 수 있다. 이때, 노즐의 크기는 희생층 템플레이트의 직경보다 커서 전기방사 도중 희생층 템플레이트가 노즐을 막지 않아야 한다.The electrospinning solution containing the sacrificial layer template can be easily discharged by injecting a high voltage between the nozzle attached to the syringe and the current collector while discharging the electrospinning solution in the syringe at a constant speed. At this time, the size of the nozzle is larger than the diameter of the sacrificial layer template so that the sacrificial layer template does not block the nozzle during electrospinning.

희생층 템플레이트가 포함된 전기방사 용액을 전기방사하여 나노섬유를 형성시킬 때, 인가하는 전압은 5 kV ~ 30 kV 사이에서 이루어 질 수 있다. When the electrospinning solution containing the sacrificial layer template is electrospun to form nanofibers, the applied voltage may be between 5 kV and 30 kV.

전기방사를 통해 희생층 템플레이트가 표면 및 내부에 결착된 금속산화물 전구체/고분자 복합 섬유를 제작하기 위한 방사용액의 토출 속도는 분당 5 ~ 100 ㎕가 될 수 있다. The discharge rate of the spinning solution for preparing the metal oxide precursor / polymer composite fiber in which the sacrificial layer template is bound to the surface and the interior of the sacrificial layer template through electrospinning may be 5 to 100 μl per minute.

전기방사를 통해 형성된 희생층 템플레이트가 표면 및 내부에 결착된 금속산화물 전구체/고분자 복합 섬유는 직경이 100 nm ~ 10 μm 인 범위에서 형성될 수 있다.The metal oxide precursor / polymer composite fiber in which the sacrificial layer template formed through electrospinning is bound to the surface and inside can be formed in the range of 100 nm to 10 μm in diameter.

전기 방사에 의해 형성된 희생층 템플레이트 표면 및 내부에 결착된 금속산화물 전구체/고분자 복합 섬유는 웹(web)의 형태를 가질 수 있다.The surface of the sacrificial layer formed by electrospinning and the metal oxide precursor / polymer composite fiber bound to the inside may have the form of a web.

전기방사를 통해 형성된 희생층 템플레이트가 표면 및 내부에 결착된 금속산화물 전구체/고분자 복합 섬유는 나노섬유 형상뿐만 아니라, 나노벨트 구조를 나타낼 수 있다.  The metal oxide precursor / polymer composite fiber in which the sacrificial layer template formed through the electrospinning is bound to the surface and inside can exhibit a nano-belt structure as well as a nanofiber shape.

고온에서 열처리과정을 거침으로써, 희생층 템플레이트와 고분자를 제거시키고, 다수의 기공이 분포된 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유를 제작할 수 있다. 열처리 과정은 희생층 템플레이트와 고분자를 분해할 수 있는 온도로, 400 °C ~ 800 °C 사이에서 이루어질 수 있다. 열처리는 분당 4 °C/분의 속도로 승온하도록 진행될 수 있고, 열처리 온도구간에서 최소 30분부터 최대 5시간 열처리 시간을 유지한 후에 분당 4 °C/분의 속도로 냉각되도록 진행될 수 있다.By subjecting the sacrificial layer template and the polymer to heat treatment at a high temperature, metal oxide nanofibers having a multi-pore distribution structure in which a large number of pores are distributed can be manufactured. The heat treatment process can be performed at a temperature between 400 ° C and 800 ° C, at which the sacrificial layer template and the polymer can be decomposed. The heat treatment can proceed to raise the temperature at a rate of 4 ° C / min. Per minute, and can be maintained at a rate of 4 ° C / min per minute after maintaining the heat treatment time for at least 30 minutes to a maximum of 5 hours in the heat treatment temperature range.

희생층 템플레이트가 표면 및 내부에 결착된 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유의 고온에서 열처리 과정을 거쳐 형성된 다수의 기공이 포함된 이중 ~ 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유는 파쇄되고 쪼개져서 다공성 금속산화물 나노로드(nanorod)를 형성할 수 있다.The metal oxide nanofibers having a double-to-multiple pore distribution structure including a plurality of pores formed through heat treatment at a high temperature of the metal oxide precursor / polymer composite nanofibers in which the sacrificial layer template is bonded to the surface and the interior are crushed and split, Metal oxide nanorods can be formed.

고온에서 열처리 과정을 거침으로써, 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유의 직경보다 수축될 수 있으며, 수축된 다공성 금속산화물의 직경은 50 nm ~ 5 μm의 범위에서 형성될 수 있다. By subjecting to heat treatment at a high temperature, the diameter of the metal oxide precursor / polymer composite nanofiber can be reduced, and the diameter of the shrinked porous metal oxide can be formed in the range of 50 nm to 5 μm.

금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유의 표면 및 내부에 포함된 고분자 비드 템플레이트는 열분해 과정에서 수축될 수 있으며, 수축된 기공의 크기는 원래 고분자 비드의 크기보다 1% ~ 50% 정도의 수축률을 가질 수 있다. The polymer bead template contained in the surface and inside of the metal oxide precursor / polymer composite nanofiber can be shrunk during the pyrolysis process, and the size of the shrunk pore may have a shrinkage ratio of about 1% to 50% have.

도 3은 본 발명의 실시예 1에 대한 고분자 비드 템플레이트를 이용한 다중 기공 분포를 갖는 금속산화물 나노섬유를 제작하는 과정을 도식화한 흐름도이다. 본 발명의 다른 관점인 이중 ~ 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유의 제조 방법은 하기의 단계들을 포함할 수 있다. 여기서, 단계(310) 내지 단계(330)은 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유를 제조하는 과정을 나타내고 있으며, 단계(340)은 제조된 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유를 이용하여 반도체식 가스 센서를 제조하는 과정을 나타내고 있다.3 is a flowchart illustrating a process for fabricating a metal oxide nanofiber having a multi-pore distribution using a polymer bead template according to Example 1 of the present invention. A method for producing a metal oxide nanofiber having a double to multi-pore distribution structure according to another aspect of the present invention may include the following steps. Herein, steps 310 to 330 illustrate a process for producing metal oxide nanofibers having a multi-pore distribution structure, and step 340 is a step for fabricating metal oxide nanofibers using a metal oxide nanofiber having a multi- Showing a process of manufacturing a semiconductor type gas sensor.

(a) 서로 같은 직경 또는 서로 다른 직경을 갖는 고분자 비드 희생층 템플레이트가 분산된 용액에 금속산화물 전구체와 고분자를 함께 용해시킴으로써 전기방사 용액을 제조하는 단계(310); (a) preparing (310) an electrospinning solution by dissolving a metal oxide precursor and a polymer together in a solution in which polymer bead sacrificial layer templates having the same diameter or different diameters are dispersed;

(b) 상기 제조된 전기방사 용액을 전기방사하여 상기 고분자 비드 희생층 템플레이트가 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유의 내부 및 표면에 결착된 복합섬유를 형성하는 단계(320); (b) electrospinning the prepared electrospinning solution to form composite fibers bound to the inside and the surface of the metal oxide precursor / polymer composite nanofiber by the polymer bead sacrificial layer template (320);

(c) 상기 고분자 비드 희생층 템플레이트를 포함하는 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유를 열처리하여, 고분자 비드 희생층 템플레이트를 제거시키고, 금속산화물 전구체가 산화과정을 거쳐 미세기공과 거대기공을 동시에 포함하는 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유를 형성하는 단계(330), 및 (c) heat treating the metal oxide precursor / polymer composite nanofiber including the polymer bead sacrificial layer template to remove the polymer bead sacrificial layer template, and oxidizing the metal oxide precursor to form a multi- Forming 330 a metal oxide nanofiber having a pore distribution structure, and

(d) 다중 기공 분포를 갖는 금속산화물 나노섬유를, 저항 변화를 인식할 수 있는 센서 기판 위에 코팅하여 유해환경가스 및 질병진단을 위한 바이오마커 (biomarker) 가스(산화가스: NO2, NO, 환원가스: H2, CO, C2H5OH, H2S, CH4 등)를 검출할 수 있는 반도체식 가스 센서를 제조하는 단계(340);(d) A biomarker gas (oxide gas: NO 2 , NO, reduction) for diagnosing harmful environmental gas and disease by coating metal oxide nanofibers having multiple pore distributions on a sensor substrate capable of recognizing resistance change (340) a semiconductor type gas sensor capable of detecting a gas: H 2 , CO, C 2 H 5 OH, H 2 S, CH 4, and the like;

상기의 방법으로 제조된 다수의 기공을 포함하는 이중 내지는 다중 기공 분포를 갖는 금속산화물 가스 센서는 일반 평면 박막에 비해 표면적이 크게 늘어나고, 가스들이 빠르게 이동할 수 있는 열린 기공 구조를 많이 포함하고 있어, 높은 감도를 가질 수 있다.
The metal oxide gas sensor having a double or multi-pore distribution including a plurality of pores manufactured by the above-described method has a large surface area and a large number of open pore structures capable of moving gases faster than a general flat surface membrane. It can have sensitivity.

이하, 보다 구체적인 실시예들을 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 실시예들일뿐, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to more specific embodiments. However, it should be understood that the present invention is not limited thereto.

실시예 1: 고분자 비드 템플레이트를 사용하여 제조된 이중 기공 분포 구조를 갖는 텅스텐 산화물(WOExample 1: Tungsten oxide having a double pore distribution structure prepared using a polymer bead template (WO 33 ) 나노섬유 제조.Manufacture of Nanofibers.

분자량 1,300,000 g/mol의 폴리비닐피롤리돈(poly(vinyl pyrrolidone, PVP), Aldrich) 0.25 g과 텅스텐 산화물 전구체인 암모늄 메타텅스테이트 하이드레이트(ammonium metatungstate hydrate, Aldrich) 0.2 g을 폴리스티렌(polystyrene)이 분산된 물 1.5 g에 녹인다. 폴리스티렌이 분산된 물은 500 nm 볼 구조를 가지는 폴리스티렌 2.5 wt%가 물에 분산되어 있는 용액(Polystyrene latex microsphere, Alfa Aesar)을 사용한다. 상기의 폴리스티렌 비드가 첨가된 텅스텐 산화물 전구체/고분자 혼합 방사용액을 주사기에 담아 실린지 펌프(Henke-Sass Wolf, 10 ml NORM-JECT?)에 연결하여, 0.1 ml/분의 토출속도로 방사용액을 밀어내고, 방사용액을 토출이 되는 주사바늘(needle, 25 gauge)과 나노섬유 웹을 수득하는 집전체 기판 사이에 14 kV의 전압을 인가하여 폴리스티렌 템플레이트가 표면 및 내부에 결착된 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유 웹을 제조한다.0.25 g of polyvinyl pyrrolidone (PVP) (Aldrich) having a molecular weight of 1,300,000 g / mol and 0.2 g of tungsten oxide precursor ammonium metatungstate hydrate (Aldrich) were dispersed in polystyrene Dissolved in 1.5 g of water. The polystyrene-dispersed water is a polystyrene latex microsphere (Alfa Aesar) in which 2.5 wt% polystyrene having a 500 nm ball structure is dispersed in water. The tungsten oxide precursor / polymer blend solution containing the polystyrene beads was placed in a syringe and connected to a syringe pump (Henke-Sass Wolf, 10 ml NORM-JECT ? ) To prepare a spinning solution at a discharge rate of 0.1 ml / And a voltage of 14 kV is applied between a needle (25 gauge) and a current collector for obtaining a nanofiber web to discharge the spinning solution, thereby forming a metal oxide precursor / polymer bonded on the surface and inside of the polystyrene template To produce a composite nanofiber web.

상기의 전기방사 방법으로 얻어진 폴리스티렌 템플레이트가 표면 및 내부에 결착된 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유 웹의 주사전자현미경 사진을 도 4에서 관찰할 수 있다. 도 4에서는, 500 nm 직경을 가지는 폴리스티렌 비드가 텅스텐 산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유 표면 및 내부에 균일하게 결착된 것을 확인할 수 있다. 이때 형성된 텅스텐 산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유의 직경은 500 nm ~ 1 μm 범위를 가지는 것으로 확인됐다. 전기방사로 제작된 텅스텐 산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유는 형성과정에서 나노벨트 형상을 가질 수도 있다. 고분자 비드들이 복합 섬유의 내부에 균일하게 분포되어 짐으로써, 일부 비드들이 표면에 돌출이 되어 분포됨을 확인할 수 있었다. 고분자 비드의 크기가 50 nm 미만으로 매우 미세한 크기 분포를 가진다면, 대부분의 비드들이 금속산화물 전구체/고분자 복합섬유의 내부에 내장이 되어 도 4과 같은 표면으로 돌출된 형상을 관찰하기는 어려울 수 있다. 이는 고분자 비드의 크기가 나노섬유 직경의 절반 정도 크기로 매우 큰 고분자 비드 템플레이트가 사용되었기 때문에 관찰되는 특이한 미세구조이다. Scanning electron micrographs of the metal oxide precursor / polymer composite nanofiber web in which the polystyrene template obtained by the above electrospinning method are bound to the surface and inside can be observed in FIG. 4, polystyrene beads having a diameter of 500 nm were uniformly bound to the surface and inside of the tungsten oxide precursor / polymer composite nanofiber. The diameter of the formed tungsten oxide precursor / polymer composite nanofiber was found to be in the range of 500 nm to 1 μm. Electrospinning tungsten oxide precursor / polymer composite nanofibers may have a nano-belt shape during their formation. As the polymer beads are uniformly distributed inside the composite fiber, it is confirmed that some beads protrude from the surface. If the size of the polymeric beads is less than 50 nm and the size distribution is very fine, most of the beads may be embedded in the metal oxide precursor / polymer composite fiber and it may be difficult to observe the shape protruding to the surface as shown in Fig. . This is a unique microstructure observed because the size of the polymer bead is about half the diameter of the nanofiber and a very large polymer bead template is used.

폴리스티렌 비드와 고분자를 제거시키고, 텅스텐 산화물 전구체를 산화시키기 위하여 고온에서 열처리 하는 과정을 거쳤다. 고온 열처리과정은 500 °C에서 1시간동안 이루어졌으며, 승온 및 하강 온도는 4 °C/min 으로 일정하게 유지시켰다. 도 5에서는, 열처리가 완료된 텅스텐 산화물 나노섬유는 직경이 300 nm ~ 600 nm로 수축하였으며, 표면에는 폴리스티렌 비드가 제거되면서 기공이 형성된 것을 확인할 수 있다. 형성된 기공은 전기방사 용액 제조 시 사용된 500 nm 크기의 폴리스티렌 템플레이트에 비하여 수축된 100 nm ~ 300 nm 크기의 직경을 갖는 것을 확인할 수 있다. 이때, 승온 과정에서 고분자들의 열 수축이 발생되고, 텅스텐 전구체 염들이 고분자 내부에서의 유동을 통해, 물질 이동이 생기면서 초기에 사용한 고분자 비드 템플레이트 보다 3/5 ~ 1/5 정도 크기로 크기가 축소된 기공이 형성됨을 확인할 수 있다. 이는 사용된 고분자 비드의 유리전이 온도와도 연관이 되며, 열처리 과정을 거쳐서 형성되는 금속산화물 나노섬유에서만 특징적으로 관찰될 수 있는 독특한 현상이다. 수축된 기공의 형성은 결착된 고분자 템플레이트 및 금속산화물 전구체와 혼합된 고분자의 유리전이온도와 깊은 연관성을 지닌다. 폴리스티렌 비드 템플레이트의 경우, 유리전이온도가 100 °C인 반면, 금속산화물 전구체와 혼합된 고분자인 폴리비닐피롤리돈의 경우 150 ~ 180 °C의 유리전이온도 범위를 가지게 된다. 따라서 유리전이온도가 상대적으로 낮은 폴리스티렌 비드 템플레이트가 먼저 유리전이 되기 시작하고, 추가적으로 폴리비닐피롤리돈이 나중에 유리전이 된다. 따라서 나중에 유리전이를 일으키는 폴리비닐피롤리돈에 의하여 폴리스티렌 비드 템플레이트로부터 형성되는 기공이 수축하게 되는 것을 확인할 수 있다. 결과적으로, 고분자 템플레이트와 금속산화물 전구체와 혼합된 고분자의 적합한 조합을 이룬다면 고분자 템플레이트에 의한 기공수축을 조절 할 수 있는 금속산화물 나노섬유를 제작할 수 있다. 예를 들면, 고분자 템플레이트의 유리전이 온도가 금속산화물 전구체와 혼합된 고분자의 유리전이 온도보다 높다면 고분자 템플레이트에 의한 기공 수축 정도를 최소화 하여 더욱 확대된 기공형성이 가능하다.
The polystyrene beads and the polymer were removed, and the tungsten oxide precursor was subjected to heat treatment at a high temperature to oxidize the precursor. The high temperature annealing process was performed at 500 ° C for 1 hour, and the temperature rise and fall were kept constant at 4 ° C / min. In FIG. 5, the heat-treated tungsten oxide nanofibers were shrunk to 300 nm to 600 nm in diameter, and polystyrene beads were removed to form pores. It can be confirmed that the formed pores have a diameter of 100 nm to 300 nm which is shrunk compared with the polystyrene template having a size of 500 nm used in the preparation of the electrospinning solution. In this case, the heat shrinkage of the polymer occurs during the heating process, and the tungsten precursor salts flow through the polymer to move the polymer, and the size of the polymer bead template is 3/5 to 1/5 It can be confirmed that the formed pores are formed. This is a unique phenomenon that is also related to the glass transition temperature of the polymer beads used and can be observed only in the metal oxide nanofibers formed through the heat treatment process. The formation of retracted pores is closely related to the glass transition temperature of the polymer mixed with the bound polymer template and metal oxide precursor. In the case of polystyrene bead templates, glass transition temperature is 100 ° C, whereas polyvinyl pyrrolidone, a polymer mixed with a metal oxide precursor, has a glass transition temperature range of 150 to 180 ° C. Thus, the polystyrene bead template having a relatively low glass transition temperature first begins to undergo glass transition, and additionally the polyvinylpyrrolidone undergoes glass transition later. Therefore, it can be confirmed that the pores formed from the polystyrene bead template are shrunk by the polyvinyl pyrrolidone causing the glass transition later. As a result, metal oxide nanofibers capable of controlling the pore shrinkage due to the polymer template can be produced if a suitable combination of the polymer template and the polymer mixed with the metal oxide precursor is achieved. For example, if the glass transition temperature of the polymer template is higher than the glass transition temperature of the polymer mixed with the metal oxide precursor, the pore contraction due to the polymer template can be minimized to enable enlarged pore formation.

같은 방법으로, 물에 분산시킨 폴리스티렌 비드의 크기를 다르게 하면 열처리 과정을 거친 후에 형성되는 기공의 크기를 손쉽게 조절할 수 있다. 도 6에서는, 100 nm 크기의 직경을 가지는 폴리스티렌 비드를 사용함으로써, 형성되는 기공이 20 nm ~ 100 nm 크기로 줄어든 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 7에서는, 200 nm 크기의 직경을 가지는 폴리스티렌 비드를 사용함으로써, 형성되는 기공이 50 nm ~ 150 nm 크기로 형성된 것을 확인할 수 있다. 상기에서와 같이 하나의 크기를 갖는 균일한 고분자 비드를 사용하였음에도 불구하고, 넓은 기공 분포를 보여주는 점은 매우 흥미로운 부분이다. 이렇게 넓은 기공 분포를 가지게 되는 이유는, 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유 내에서 고분자 템플레이트가 금속산화물 전구체 도메인(domain)에 위치하는지, 고분자 도메인에 위치하는지에 따라 달라지기 때문이다. 예를 들어, 고분자 폴리비닐피롤리돈이 다량 포함된 도메인에 고분자 템플레이트인 폴리스티렌이 위치한다면, 고온 열처리 시 템플레이트인 폴리스티렌과 폴리비닐피롤리돈이 함께 분해되면서 상대적으로 큰 기공을 형성하기에 유리하다. 그러나 금속산화물 전구체가 다량 함유된 도메인에서는 폴리스티렌이 고온에서 유리전이 온도를 겪으면서 주변에 금속산화물 전구체의 확산 및 산화를 유도하여 기공이 축소된 형상을 만들 수 있다.In the same way, if the size of polystyrene beads dispersed in water is made different, the size of pores formed after heat treatment can be easily controlled. 6, it can be seen that the pores formed are reduced to 20 nm to 100 nm in size by using polystyrene beads having a diameter of 100 nm. In FIG. 7, it can be seen that pores formed are formed in a size of 50 nm to 150 nm by using polystyrene beads having a diameter of 200 nm. It is interesting to note that despite the use of homogeneous polymeric beads of one size as described above, it exhibits a broad pore distribution. The reason for having such a wide pore distribution is that the polymer template in the metal oxide precursor / polymer composite nanofiber depends on whether it is located in the metal oxide precursor domain or the polymer domain. For example, if polystyrene, which is a polymer template, is located in a domain containing a large amount of polymer polyvinylpyrrolidone, it is advantageous to form relatively large pores while decomposing the template polystyrene and polyvinylpyrrolidone in a high-temperature heat treatment . However, in the domain containing a large amount of the metal oxide precursor, the polystyrene undergoes the glass transition temperature at a high temperature, thereby inducing the diffusion and oxidation of the metal oxide precursor to the periphery, thereby reducing the pore size.

이처럼 텅스텐 산화물 표면 및 내부에 형성된 기공은 표면적을 넓히는 효과를 가져 오며, 또한 다수의 기공 분포를 통한 측정하고자 하는 가스 주입 시 활발한 가스 확산을 통하여 특정 가스에 대한 우수한 감지 특성을 발휘할 수 있다.
As described above, the pores formed on the surface and inside of the tungsten oxide have the effect of widening the surface area. Further, when the gas to be measured is measured through a plurality of pore distributions, active gas diffusion can be performed to exhibit excellent detection characteristics for a specific gas.

실시예 2: 200 nm 및 500 nm 직경을 가지는 고분자 비드 템플레이트를 이용한 다중 기공 분포 구조를 갖는 텅스텐 산화물 나노섬유 제조.Example 2: Preparation of tungsten oxide nanofibers having a multi-pore distribution structure using polymer bead templates having diameters of 200 nm and 500 nm.

상기에서 제조된 폴리스티렌 비드 템플레이트를 이용한 다공성 텅스텐 산화물 나노섬유에 형성된 기공의 크기를 특정 크기 범위에서 더욱 다양화하기 위하여 2 종류 이상의 크기 분포를 갖는 폴리스티렌 비드를 첨가하여 다중 기공 분포 구조를 갖는 텅스텐 산화물 나노섬유를 제조할 수 있다. 즉, 각각 200 nm 와 500 nm 직경을 가지는 폴리스티렌 비드 템플레이트를 1:1의 비율로 섞어 전기방사 용액을 제조하였다. 이때 각기 다른 크기의 고분자 비드의 상대 비율 또한 바꾸면서, 특정 크기를 갖는 기공의 농도를 조절하는 것 또한 가능하다.In order to further increase the size of the pores formed in the porous tungsten oxide nanofibers using the prepared polystyrene bead template in a specific size range, polystyrene beads having two or more size distributions were added to prepare tungsten oxide nano- Fibers can be produced. That is, an electrospinning solution was prepared by mixing polystyrene bead templates having diameters of 200 nm and 500 nm, respectively, at a ratio of 1: 1. It is also possible to adjust the concentration of the pores having a specific size while changing the relative ratio of the polymer beads of different sizes.

더 구체적으로, 전기방사 용액은 분자량 1,300,000 g/mol의 폴리비닐피롤리돈(poly(vinyl pyrrolidone, PVP), Aldrich) 0.25 g과 텅스텐 산화물 전구체인 암모늄 메타텅스테이트 하이드레이트(ammonium metatungstate hydrate, Aldrich) 0.2 g을 폴리스티렌이 분산된 물 1.5 g에 녹인다. 여기에서 폴리스티렌이 분산된 물은 1.5 g은 200 nm 폴리스티렌 비드가 2.5 wt% 분산된 물 용액 0.75 g과 500 nm 폴리스티렌 비드가 2.5 wt% 분산된 물 용액 0.75 g을 혼합하여 제작되었다. More specifically, the electrospinning solution was prepared by dissolving 0.25 g of polyvinylpyrrolidone (PVP) (Aldrich) having a molecular weight of 1,300,000 g / mol and 0.25 g of ammonium metatungstate hydrate (Aldrich) 0.2, a tungsten oxide precursor g is dissolved in 1.5 g of polystyrene-dispersed water. Here, 1.5 g of the polystyrene-dispersed water was prepared by mixing 0.75 g of a water dispersion of 2.5 wt% of polystyrene beads with 200 nm and 0.75 g of a 2.5 wt% dispersion of 500 nm polystyrene beads.

전기방사는 이미 설명한 전기방사 조건과 동일하게 이루어 졌으며, 구체적으로 폴리스티렌 비드가 첨가된 텅스텐 산화물 전구체/고분자 혼합 방사용액을 주사기에 담아 실린지 펌프(Henke-Sass Wolf, 10 ml NORM-JECT?)에 연결하여, 0.1 ml/분의 토출속도로 방사용액을 밀어내고, 방사용액을 토출이 되는 주사바늘(needle, 25 gauge)과 나노섬유 웹을 수득하는 집전체 기판 사이에 14 kV의 전압을 인가하여 폴리스티렌 템플레이트가 표면 및 내부에 결착된 텅스텐 산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유 웹을 제조하였다. Electrospinning was carried out in the same manner as described above. Specifically, a tungsten oxide precursor / polymer blend solution containing polystyrene beads was placed in a syringe and syringe pump (Henke-Sass Wolf, 10 ml NORM-JECT ? And the spinning solution was pushed out at a discharge rate of 0.1 ml / min. A voltage of 14 kV was applied between a needle for discharging the spinning solution (25 gauge) and a collector substrate for obtaining a nanofiber web A tungsten oxide precursor / polymer composite nanofiber web having a polystyrene template bound to the surface and inside thereof was prepared.

200 nm 및 500 nm의 크기를 갖는 폴리스티렌 비드 템플레이트가 포함된 텅스텐 산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유에서 고분자 비드 템플레이트와 나노섬유를 구성하는 고분자를 제거시키기 위하여, 실시예 1과 동일한 조건에서 열처리를 진행하였다. 구체적으로 고온 열처리과정은 500 °C에서 1시간 동안 이루어졌으며, 승온 및 하강 온도는 4 °C/min 으로 일정하게 유지시켰다. In order to remove the polymer bead template and the polymer constituting the nanofiber in the tungsten oxide precursor / polymer composite nanofiber including the polystyrene bead template having a size of 200 nm and 500 nm, the heat treatment was performed under the same conditions as in Example 1 . Specifically, the high temperature heat treatment process was performed at 500 ° C for 1 hour, and the temperature rise and fall temperature were kept constant at 4 ° C / min.

도 8은 200 nm 및 500 nm의 크기를 갖는 폴리스티렌 비드 템플레이트가 포함된 텅스텐 산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유를 500 °C에서 1시간 열처리 한 후에 얻어진 텅스텐 산화물 나노섬유의 주사전자현미경 사진이다. 도 8에서 관찰되듯이 넓은 기공 분포를 갖는 다공성 텅스텐 산화물 나노섬유가 잘 형성되어 있음을 알 수 있다. 특히 500 nm 크기의 고분자 비드가 제거된 영역에서는 100 nm ~ 300 nm 크기의 직경을 가지는 기공이 형성되며, 200 nm 크기의 고분자 비드가 제거된 영역에서는 50 nm ~ 150 nm 크기의 직경을 가지는 기공이 형성되어 있음을 확인할 수 있다. 이로써 다중 기공 분포 크기를 갖는 텅스텐 산화물 나노섬유가 2 종류의 각기 다른 고분자 비드 템플레이팅 기법으로 손쉽게 제조됨을 확인할 수 있었다.
8 is a scanning electron micrograph of a tungsten oxide nanofiber obtained after heat treatment of a tungsten oxide precursor / polymer composite nanofiber including polystyrene bead templates having sizes of 200 nm and 500 nm at 500 ° C for 1 hour. As can be seen from FIG. 8, porous tungsten oxide nanofibers having a wide pore distribution are well formed. Particularly, pores having a diameter of 100 nm to 300 nm are formed in a region where polymer beads having a size of 500 nm are removed, and pores having a diameter of 50 nm to 150 nm are removed in a region where polymer beads having a size of 200 nm are removed As shown in FIG. As a result, it was confirmed that tungsten oxide nanofibers having a multi-pore distribution size can be easily prepared by two different polymer bead templating techniques.

비교예 1: 폴리스티렌 비드 템플레이트를 사용하지 않은 텅스텐 산화물 나노섬유 제조.Comparative Example 1: Fabrication of tungsten oxide nanofibers without using polystyrene bead templates.

고분자 비드를 템플레이트 방법으로 제조된 미세기공과 큰 기공을 포함하는 텅스텐 산화물 나노섬유의 미세구조 변화 효과를 보다 명확하게 관찰하기 위하여, 폴리스티렌 비드를 템플레이트로 사용하지 않고 제작한 텅스텐 산화물 나노섬유를 합성하여 가스 센서의 테스트를 위한 비교예로 활용하였다. In order to more clearly observe the microstructure change effect of the tungsten oxide nanofibers including the micropores prepared by the template method of polymer beads and the large pores, tungsten oxide nanofibers prepared without using polystyrene beads as a template were synthesized, As a comparative example for testing the sensor.

폴리스티렌 비드를 템플레이트로 사용하지 않고 제작한 텅스텐 산화물 나노섬유는 상기 실시예 1에서 제시한 제조방법에서 폴리스티렌 비드 템플레이트를 첨가하지 않은 것 이외에 동일한 제조 방법을 사용하였다. 구체적으로, 전기방사 용액 제조는 분자량 1,300,000 g/mol의 폴리비닐피롤리돈(poly(vinyl pyrrolidone, PVP), Aldrich) 0.25 g과 텅스텐 산화물 전구체인 암모늄 메타텅스테이트 하이드레이트(ammonium metatungstate hydrate, Aldrich) 0.2 g을 물 1.5 g에 녹인다. 여기에서 물 1.5 g에는 폴리스티렌 비드 템플레이트가 분산되어있지 않은 물을 사용한다.The tungsten oxide nanofiber prepared without using polystyrene beads as a template used the same manufacturing method except that the polystyrene bead template was not added in the manufacturing method described in Example 1 above. Specifically, 0.25 g of polyvinylpyrrolidone (PVP) (Aldrich) having a molecular weight of 1,300,000 g / mol and 0.25 g of ammonium metatungstate hydrate (Aldrich) 0.2, which is a tungsten oxide precursor, g is dissolved in 1.5 g of water. Here, 1.5 g of water is used in which polystyrene bead template is not dispersed.

전기방사는 상기 언급한 전기방사 조건과 동일하게 이루어 졌으며, 구체적으로 상기 텅스텐산화물 전구체/고분자 혼합 방사용액을 주사기에 담아 실린지 펌프(Henke-Sass Wolf, 10 ml NORM-JECT?)에 연결하여, 0.1 ml/분의 토출속도로 방사용액을 밀어내고, 방사용액이 토출되는 주사바늘(needle, 25 gauge)과 나노섬유 웹을 수득하는 집전체 기판 사이에 14 kV의 전압을 인가하여 텅스텐 산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유 웹을 제조하였다. Specifically, the tungsten oxide precursor / polymer mixed solution was placed in a syringe and connected to a syringe pump (Henke-Sass Wolf, 10 ml NORM-JECT ? ), The spinning solution was pushed out at a discharge rate of 0.1 ml / min, and a voltage of 14 kV was applied between a needle (25 gauge) through which the spinning solution was discharged and a collector substrate for obtaining a nanofiber web to form a tungsten oxide precursor / Polymer composite nanofiber webs were prepared.

열처리를 통하여 고분자를 제거하는 공정 또한 상기 언급한 조건과 동일하게 진행되었으며, 구체적으로 고온 열처리과정은 500 °C에서 1시간 동안 이루어졌으며, 승온 및 하강 온도는 4 °C/min 으로 일정하게 유지시켰다. The process of removing the polymer through heat treatment proceeded in the same manner as described above. Specifically, the high temperature heat treatment process was performed at 500 ° C for 1 hour, and the temperature rise and fall temperature was kept constant at 4 ° C / min .

도 9는 전기방사를 통하여 제작된 텅스텐 산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유의 주사전자 현미경 사진을 나타낸 것이다. 표면형상 관찰 결과 폴리스티렌 비드 템플레이트를 사용하지 않아 표면에 결착된 비드형상을 관찰할 수 없으며, 표면은 매끈한 형태를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 또한, 나노섬유의 원통형 형상뿐만 아니라, 나노벨트 구조도 관찰할 수 있다. 9 is a scanning electron micrograph of a tungsten oxide precursor / polymer composite nanofiber prepared by electrospinning. As a result of observing the surface shape, it is impossible to observe the bead shape bound to the surface without using the polystyrene bead template, and it can be confirmed that the surface has a smooth shape. Further, not only the cylindrical shape of the nanofiber, but also the nanobelt structure can be observed.

도 10는 상기 전기방사를 통하여 제작된 텅스텐 산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유를 500 °C에서 1시간 열처리 한 후에 얻어진 표면 형상을 주사전자 현미경으로 관찰한 사진을 나타낸다. 표면형상 관찰 결과 폴리스티렌 비드 템플레이트가 제거되면서 형성되는 기공을 관찰 할 수 없었으며, 텅스텐 산화물 입자가 치밀하게 형성된 다결정 미세구조를 형성하는 것을 알 수 있다. 고온 열처리 과정에서 텅스텐 산화물 나노섬유는 원통 구조의 나노섬유 형상 및 나노벨트 구조를 유지하는 것을 확인할 수 있다. 이때 나노섬유 및 나노벨트는 미세한 나노입자들로 구성된 다결정 구조를 갖는다.10 is a photograph of a surface morphology obtained by heat treatment of the tungsten oxide precursor / polymer composite nanofiber prepared through the above electrospinning at 500 ° C for 1 hour under a scanning electron microscope. As a result of observing the surface shape, it was found that the pores formed by removing the polystyrene bead template were not observed, and the tungsten oxide particles formed a dense polycrystalline microstructure. It can be confirmed that the tungsten oxide nanofiber maintains the cylindrical nanofiber shape and the nanobelt structure during the high temperature heat treatment. At this time, nanofibers and nano-belts have a polycrystalline structure composed of fine nanoparticles.

따라서 상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1을 통하여, 희생층 템플레이트를 사용한 경우와 사용하지 않은 경우의 표면 형상의 차이는 명확하게 이루어 진 것을 주사전자현미경 관찰을 통하여 확인할 수 있었으며, 폴리스티렌 비드 템플레이트를 사용한 경우 표면적이 넓어지며, 다수의 기공을 포함하고 있는 다중 기공 분포 구조를 갖는 텅스텐 산화물 나노섬유를 제작할 수 있었다.
Therefore, it was confirmed through scanning electron microscope observation that the difference in surface shape between the case of using the sacrificial layer template and the case of not using the sacrificial layer template was confirmed through Example 1, Example 2 and Comparative Example 1, and the polystyrene bead When the template was used, tungsten oxide nanofibers having a multi-pore distribution structure having a large surface area and containing a large number of pores could be fabricated.

상기의 실시예에서는 텅스텐산화물(WO3)을 포함하는 금속산화물 나노섬유를 한 예로 들었지만, 희생층 템플레이트를 사용하여 전기방사를 통해 제작될 수 있는 금속산화물 나노섬유이면 특정 물질에 제약을 두지는 않는다. 예를 들어, ZnO, SnO2, WO3, Fe2O3, Fe3O4, NiO, TiO2, CuO, In2O3, Zn2SnO4, Li4Ti5O12, Li4Ti5O12, Co3O4, PdO, LaCoO3, NiCo2O4, Ca2Mn3O8, ZrO2, Al2O3, B2O3, V2O5, Cr3O4, CeO2, Pr6O11, Nd2O3, Sm2O3, Eu2O3, Gd2O3, Tb4O7, Dy2O3, Ho2O3, Er2O3, Yb2O3, Lu2O3, Ag2V4O11, Ag2O, Li0.3La0.57TiO3, LiV3O8, RuO2, IrO2, MnO2, InTaO4, ITO, IZO, InTaO4, MgO, Li2MnO4, LiCoO2, LiMn2O4, Ga2O3, LiNiO2, CaCu3Ti4O12, Li(Ni,Mn,Co)O2, LiFePO4, Li(Mn,Co,Ni)PO4, Li(Mn,Fe)O2, Liy(CrxMn2-x)O4+z, LiCoMnO4, Ag3PO4, BaTiO3, NiTiO3, SrTiO3, Sr2Nb2O7, Sr2Ta2O7,Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-7 중에서 선택된 적어도 어느 하나 혹은 그 이상의 복합체를 더 포함하는 나노섬유가 제작될 수 있다.
Although the metal oxide nanofibers including tungsten oxide (WO 3 ) are mentioned as an example in the above embodiments, the metal oxide nanofibers that can be produced by electrospinning using the sacrificial layer template do not limit the specific material . For example, ZnO, SnO 2, WO 3 , Fe 2 O 3, Fe 3 O 4, NiO, TiO 2, CuO, In 2 O 3, Zn 2 SnO 4, Li 4 Ti 5 O 12, Li 4 Ti 5 O 12, Co 3 O 4, PdO, LaCoO 3, NiCo 2 O 4, Ca 2 Mn 3 O 8, ZrO 2, Al 2 O 3, B 2 O 3, V 2 O 5, Cr 3 O 4, CeO 2 , Pr 6 O 11, Nd 2 O 3, Sm 2 O 3, Eu 2 O 3, Gd 2 O 3, Tb 4 O 7, Dy 2 O 3, Ho 2 O 3, Er 2 O 3, Yb 2 O 3 Li 2 O 3 , Ag 2 V 4 O 11 , Ag 2 O, Li 0.3 La 0.57 TiO 3 , LiV 3 O 8 , RuO 2 , IrO 2 , MnO 2 , InTaO 4 , ITO, IZO, InTaO 4 , MgO, (Ni, Mn, Co) O 2 , LiFePO 4 , Li (Mn, Co, Ni), Li 2 MnO 4 , LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , Ga 2 O 3 , LiNiO 2 , CaCu 3 Ti 4 O 12 , PO 4, Li (Mn, Fe) O 2 , Li y (Cr x Mn 2 -x ) O 4 + z , LiCoMnO 4 , Ag 3 PO 4 , BaTiO 3 , NiTiO 3 , SrTiO 3 , Sr 2 Nb 2 O 7 , Sr 2 Ta 2 O 7, and Ba 0.5 Sr 0.5 Co 0.8 Fe 0.2 O 3-7 , may be fabricated.

실험예 1: 다양한 크기의 폴리스티렌 비드 템플레이트를 이용하여 얻어진 다중 기공 분포 구조를 갖는 텅스텐 산화물 나노섬유 및 치밀한 구조를 갖는 텅스텐 산화물 나노섬유 가스 센서 특성 비교.Experimental Example 1: Comparison of tungsten oxide nanofibers having a multi-pore distribution structure obtained by using polystyrene bead templates of various sizes and tungsten oxide nanofiber gas sensors having a dense structure.

본 발명의 실시예 1과 2에서 제조된 폴리스티렌 비드 템플레이트를 이용한 다중 기공 분포 구조를 갖는 텅스텐 산화물 나노섬유를 이용하여 주위 환경에 존재하는 유해 가스 검출 센서나 날숨에 미량으로 존재하는 휘발성 유기화합물 가스(생체지표가스)의 농도로 건강상태를 진단하기 위한 날숨 진단 가스 센서를 제조하고 그 특성을 분석하였다. 또한, 비교예 1에 나타난 바와 같이 폴리스티렌 비드 템플레이트를 사용하지 않고 제작한 치밀한 구조의 텅스텐 산화물 나노섬유와 그 특성을 비교 분석하였다. 가스 센서의 제조 과정은 아래와 같다.The tungsten oxide nanofibers having the multi-pore distribution structure using the polystyrene bead template prepared in Examples 1 and 2 of the present invention can be used to detect a harmful gas present in the surrounding environment or a volatile organic compound gas The bioassistive gas sensor was developed for the diagnosis of health condition by the concentration of biomass surface gas. In addition, as shown in Comparative Example 1, the characteristics and the characteristics of the dense tungsten oxide nanofibers produced without using the polystyrene bead template were compared and analyzed. The manufacturing process of the gas sensor is as follows.

면적이 3 mm ? 3 mm 알루미나(Al2O3) 기판 위에 약 300 μm의 간격을 두고 두께 25 μm, 길이 345 μm되는 Au 양전극을 형성한다. Au 전극을 형성한 알루미나 기판의 반대쪽에는 마이크로 히터를 부착하여 인가전압에 따라 기판의 온도를 조절 할 수 있도록 하였다. 기판의 온도는 300 °C가 되도록 인가전압을 조절하였다.Area 3 mm? An Au positive electrode having a thickness of 25 μm and a length of 345 μm is formed on a 3 mm alumina (Al 2 O 3 ) substrate at intervals of about 300 μm. A micro heater was attached to the opposite side of the alumina substrate on which the Au electrode was formed so that the temperature of the substrate could be adjusted according to the applied voltage. The applied voltage was adjusted so that the temperature of the substrate was 300 ° C.

상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제작된 텅스텐 산화물 나노섬유를 용매에 분산시켜 텅스텐 산화물 나노섬유 분산 용액을 제조한 후에, 이를 상기 알루미나 기판위에 드랍 코팅 (Drop Coating) 방법을 이용하여 도포하고, 건조하여 가스 센서를 제조한 후에 센서 특성평가를 수행하였다. 구체적인 코팅 방법은 상기 제작된 텅스텐 산화물을 각각 에탄올에 분산 시킨 후 마이크로 피펫을 이용하여 3 μl의 혼합액을 센서 전극이 형성된 기판 위에 도포한 후, 80 °C 핫플레이트에서 건조시켰다. 전극과 전극 사이에 가스 감지 소재 물질이 잘 도포 되도록 2 ~ 3회 반복하여 실시하였다.The tungsten oxide nanofibers prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were dispersed in a solvent to prepare a dispersion solution of tungsten oxide nanofibers, which was then coated on the alumina substrate by a drop coating method And the sensor characteristics were evaluated after the gas sensor was manufactured. In the concrete coating method, the prepared tungsten oxide was dispersed in ethanol, and 3 μl of a mixed solution was applied on a substrate having sensor electrodes using a micropipette, and then dried on a hot plate at 80 ° C. It was repeated 2 ~ 3 times so as to apply the gas sensing material between the electrode and the electrode.

날숨 센서 특성 평가는 사람의 입에서 나오는 기체와 유사한 습도인 85 ~ 95 RH%의 상대 습도에서 실시하였고, 구취인자가스로 알려진 황화수소(H2S)에 대하여 가스의 농도를 각각 5, 4, 3, 2, 1 ppm으로 변화시켜 가면서, 센서 구동온도 300 °C에서 특성 평가가 이루어졌다. 센서의 감도는 각각의 특정 가스를 흘려줄 때 변하는 저항값을 Agilent사의 34972A 모델을 이용하여 감지하였으며, 각각의 가스에 대한 반응도(Response: Rgas/Rair저항의 변화, Rair: 공기 중에서의 저항, Rgas: 측정 가스를 흘려줄 때의 저항)를 분석하여 감도 특성을 확인하였다.The characteristics of the expiratory sensor were evaluated at 85-95 RH% relative humidity, similar to that of the human mouth. H 2 S, known as the bad breath gas, was measured at gas concentrations of 5, 4, 3 , 2, and 1 ppm, respectively, and the characteristics were evaluated at a sensor operating temperature of 300 ° C. Sensitivity of the sensor was measured using Agilent's Model 34972A, which varies when each specific gas is flowed. The response to each gas (Response: change in R gas / R air resistance, R air : Resistance, and R gas : resistance at the time of flowing the measuring gas).

상기 고분자 비드 템플레이팅 방법으로 제조된 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유는 더 넓은 표면에서 가스를 흡착할 수 있을 뿐만 아니라, 기공을 통한 가스의 활발한 확산을 통하여 날숨을 통해 배출되는 가스를 감지하는 고감도 날숨센서에 응용될 수 있다. 구체적으로, 사람의 날숨에 포함된 황화수소(H2S) 가스는 입냄새를 유발하는 주요 가스로 알려져 있다. 이렇게 황화수소가스를 정밀하게 분석한다면 구취의 유무를 판단할 수 있게 되며 그에 따른 치료유무 또한 판단할 수 있게 된다. The metal oxide nanofibers having a multi-pore distribution structure manufactured by the polymer bead templating method can adsorb gas on a wider surface, and also actively diffuse gas through the pores to detect gas emitted through exhalation Can be applied to a high sensitivity expiratory sensor. Specifically, hydrogen sulfide (H 2 S) gas contained in human exhalation is known as the main gas causing bad breath. If the hydrogen sulfide gas is analyzed precisely, it is possible to judge the presence or absence of bad breath and to judge whether or not the treatment is possible.

도 11은 상기 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에서 제조된 텅스텐 산화물 나노섬유를 이용하여 황화수소 가스 감지특성을 평가한 예이다. 도 11에 나타난 바와 같이 폴리스티렌 비드 템플레이트를 사용하여 제작한 큰 기공과 작은 기공을 포함하는 텅스텐 산화물 나노섬유가 폴리스티렌 비드 템플레이트를 사용하지 않고 제작한 치밀한 구조의 텅스텐 산화물 나노섬유에 비하여 눈에 띄게 향상된 황화수소 감지 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 또한, 200 nm 크기의 직경을 가지는 폴리스티렌 비드 템플레이트를 사용하여 제작한 텅스텐 산화물 나노섬유에 비하여 200 nm 및 500 nm 크기의 직경을 함께 가지는 폴리스티렌 비드 템플레이트를 혼합하여 제작한 텅스텐 산화물 나노섬유가 더욱 향상된 황화수소 감지 특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이러한 향상된 감지특성은 폴리스티렌 비드 템플레이트가 고온에서 제거되는 과정에서 형성되는 기공이 효과적으로 발달하여 가스가 반응할 수 있는 표면적을 늘리고, 가스가 효과적으로 침투할 수 있는 확산 공간을 제공하였기 때문으로 예상할 수 있다. 또한 넓은 기공 분포를 갖는 감지소재에서 우수한 센서 특성을 얻을 수 있는 결과를 도출함으로써, 하나의 크기를 갖는 고분자 비드를 이용하기 보다는 2종류의 각기 다른 크기를 갖는 고분자 비드를 이용하여, 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유 센서를 제조하는 것이 더욱 바람직함을 본 발명을 통해서 명확히 확인할 수 있다. FIG. 11 is an example of evaluating the hydrogen sulfide gas sensing characteristics using the tungsten oxide nanofibers prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. FIG. As shown in FIG. 11, tungsten oxide nanofibers including large pores and small pores fabricated using a polystyrene bead template exhibited remarkably improved hydrogen sulfide (Pb) compared to dense tungsten oxide nanofibers prepared without using a polystyrene bead template It can be confirmed that it represents the sensing characteristic. In addition, tungsten oxide nanofibers prepared by mixing polystyrene bead templates having diameters of 200 nm and 500 nm in diameter compared to tungsten oxide nanofibers produced using polystyrene bead templates having a diameter of 200 nm were found to have higher hydrogen sulfide It can be confirmed that it represents the sensing characteristic. This enhanced sensing property can be expected because the pores formed during the removal of the polystyrene bead template at a high temperature are effectively developed to increase the surface area where the gas can react and to provide a diffusion space in which the gas can effectively penetrate . In addition, by deriving the results that can obtain excellent sensor characteristics in a sensing material having a wide pore distribution, it is possible to use two kinds of polymer beads having different sizes, rather than using one size of polymer beads, It is more preferable to produce a metal oxide nanofiber sensor having a metal oxide nanofiber.

Claims (18)

(a) 고분자 비드 희생층 템플레이트가 분산된 용액에 금속산화물 전구체와 고분자를 함께 용해시킴으로써 전기방사 용액을 제조하는 단계;
(b) 상기 제조된 전기방사 용액을 전기방사하여 상기 고분자 비드 희생층 템플레이트가 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유의 내부 및 표면에 결착된 복합섬유를 형성하는 단계; 및
(c) 상기 고분자 비드 희생층 템플레이트를 포함하는 상기 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유를 열처리하여 상기 고분자 비드 희생층 템플레이트를 제거시키고, 상기 금속산화물 전구체가 산화과정을 거쳐 미세기공과 거대기공을 동시에 포함하는 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유를 형성하는 단계
를 포함하고,
상기 미세기공 및 상기 거대기공은, (1) 서로 다른 직경을 갖는 고분자 비드 희생층 템플레이트를 통해 생성되거나, (2) 상기 고분자 비드 희생층 템플레이트가 서로 다른 종류의 고분자가 혼합된 경우에 고분자의 종류에 따른 유리전이온도의 차이에 따라 열처리 시 기공의 수축 정도가 조절되어 생성되거나, 또는 (3) 상기 고분자 비드 희생층 템플레이트가 동일한 직경을 갖는 경우에 상기 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유에서 상기 금속산화물 전구체가 많이 함유된 도메인 또는 상기 고분자의 함량이 많은 도메인에 결착함에 따라 생성되는 것을 특징으로 하는, 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유 제조 방법.
(a) preparing an electrospinning solution by dissolving a metal oxide precursor and a polymer together in a solution in which a polymer bead sacrificial layer template is dispersed;
(b) electrospinning the prepared electrospinning solution to form conjugate fibers bound to the inside and the surface of the metal oxide precursor / polymer composite nanofiber by the polymer bead sacrificial layer template; And
(c) heat treating the metal oxide precursor / polymer composite nanofiber including the polymer bead sacrificial layer template to remove the polymer bead sacrifice layer template, and the metal oxide precursor is oxidized to simultaneously contain the micropores and the macropores A step of forming a metal oxide nanofiber having a multi-pore distribution structure
Lt; / RTI >
The micropores and the macropores are formed by (1) a polymer bead sacrificial layer template having different diameters, or (2) when the polymer bead sacrificial layer template is mixed with different kinds of polymers, Or (3) when the polymer bead sacrificial layer template has the same diameter, the metal oxide precursor / polymer composite nanofiber may have the same effect as that of the metal Wherein the metal oxide nanofibers are produced by binding to a domain containing a large amount of oxide precursor or a domain having a high content of the polymer.
제1항에 있어서,
상기 고분자 비드 희생층 템플레이트로서, 볼 구조, 육각형, 오각형, 사각형 및 삼각형의 형상 중에서 선택된 하나 이상의 고분자를 이용하여 전기방사법을 통해 제작되는 것을 특징으로 하는, 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the polymeric bead sacrificial layer template is fabricated through electrospinning using at least one polymer selected from the group consisting of a ball structure, a hexagonal shape, a pentagonal shape, a quadrangular shape, and a triangular shape, and the metal oxide nanofibers having a multi- Way.
제1항에 있어서,
상기 고분자 비드 희생층 템플레이트는, 50 nm ~ 500 nm 범위의 크기 분포를 갖는 것을 특징으로 하는, 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the polymeric bead sacrificial layer template has a size distribution in the range of 50 nm to 500 nm.
제1항에 있어서,
상기 미세기공은, 1 ~ 50 nm의 크기 범위를 갖고,
상기 거대기공은, 100 ~ 500 nm의 크기 범위를 갖는 것을 특징으로 하는, 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유 제조 방법.
The method according to claim 1,
The micropores have a size range of 1 to 50 nm,
Wherein the macropores have a size range of 100 to 500 nm. ≪ RTI ID = 0.0 > 21. < / RTI >
제1항에 있어서,
상기 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유의 직경 및 둘레 중 적어도 하나의 크기가 100 nm ~ 2 μm 의 크기 범위를 갖는 것을 특징으로 하는, 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein at least one of the diameter and the circumference of the metal oxide nanofiber having the multi-pore distribution structure has a size range of 100 nm to 2 占 퐉.
제1항에 있어서,
상기 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유는, 상기 고분자 비드 희생층 템플레이트의 열분해 시에 형성되는 분화구 형상의 표면 요철구조를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the metal oxide nanofiber having the multi-pore distribution structure includes a crater-like surface uneven structure formed at the time of thermal decomposition of the polymer bead sacrifice layer template. Way.
제1항에 있어서,
상기 고분자 비드 희생층 템플레이트는, 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐아세테이트(PVAc), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리스티렌(PS) 및 폴리아크릴로니트릴(PAN) 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 중 적어도 하나 소재를 포함하는 것을 특징으로 하는, 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유 제조 방법.
The method according to claim 1,
The polymeric bead sacrificial layer template may be formed of at least one polymer selected from the group consisting of polymethylmethacrylate (PMMA), polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl acetate (PVAc), polyvinyl alcohol (PVA), polystyrene (PS), and polyacrylonitrile PAN), and polyvinylidene fluoride (PVDF). The method of manufacturing a metal oxide nanofiber having a multiple pore distribution structure according to claim 1,
제1항에 있어서,
상기 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유는, ZnO, SnO2, WO3, Fe2O3, Fe3O4, NiO, TiO2, CuO, In2O3, Zn2SnO4, Li4Ti5O12, Li4Ti5O12, Co3O4, PdO, LaCoO3, NiCo2O4, Ca2Mn3O8, ZrO2, Al2O3, B2O3, V2O5, Cr3O4, CeO2, Pr6O11, Nd2O3, Sm2O3, Eu2O3, Gd2O3, Tb4O7, Dy2O3, Ho2O3, Er2O3, Yb2O3, Lu2O3, Ag2V4O11, Ag2O, Li0.3La0.57TiO3, LiV3O8, RuO2, IrO2, MnO2, InTaO4, ITO, IZO, InTaO4, MgO, Li2MnO4, LiCoO2, LiMn2O4, Ga2O3, LiNiO2, CaCu3Ti4O12, Li(Ni,Mn,Co)O2, LiFePO4, Li(Mn,Co,Ni)PO4, Li(Mn,Fe)O2, LiCoMnO4, Ag3PO4, BaTiO3, NiTiO3, SrTiO3, Sr2Nb2O7 및 Sr2Ta2O7,Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-7 중에서 선택된 어느 하나 또는 하나 이상의 복합체인 것을 특징으로 하는, 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유 제조 방법.
The method according to claim 1,
The metal oxide nanofibers having the multi-pore distribution structure may be selected from the group consisting of ZnO, SnO 2 , WO 3 , Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , NiO, TiO 2 , CuO, In 2 O 3 , Zn 2 SnO 4 , Li 4 Ti 5 O 12 , Li 4 Ti 5 O 12 , Co 3 O 4 , PdO, LaCoO 3 , NiCo 2 O 4 , Ca 2 Mn 3 O 8 , ZrO 2 , Al 2 O 3 , B 2 O 3 , V 2 O 5, Cr 3 O 4, CeO 2, Pr 6 O 11, Nd 2 O 3, Sm 2 O 3, Eu 2 O 3, Gd 2 O 3, Tb 4 O 7, Dy 2 O 3, Ho 2 O 3, Er 2 O 3, Yb 2 O 3, Lu 2 O 3, Ag 2 V 4 O 11, Ag 2 O, Li 0.3 La 0.57 TiO 3, LiV 3 O 8, RuO 2, IrO 2, MnO 2, InTaO 4, ITO, IZO, InTaO 4, MgO , Li 2 MnO 4, LiCoO 2, LiMn 2 O 4, Ga 2 O 3, LiNiO 2, CaCu 3 Ti 4 O 12, Li (Ni, Mn, Co) O 2, LiFePO 4 , Li (Mn, Co, Ni ) PO 4, Li (Mn, Fe) O 2, LiCoMnO 4, Ag 3 PO 4, BaTiO 3, NiTiO 3, SrTiO 3, Sr 2 Nb 2 O 7 and Sr 2 Ta 2 O 7, Ba 0.5 Sr 0.5 Co 0.8 Fe 0.2 O metal oxide nano-fiber having a multi-pore distribution structure according to any one or characterized in that the at least one complex selected from the group consisting of 3-7 method.
제1항에 있어서,
(d) 상기 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유를 감지소재로서 포함하는 가스 센서를 제조하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유 제조 방법.
The method according to claim 1,
(d) fabricating a gas sensor including the metal oxide nanofibers having the multi-pore distribution structure as a sensing material
Wherein the metal oxide nanofibers have a multi-pore distribution structure.
제1항에 있어서,
(e) 상기 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유를 저항 변화의 인식이 가능한 센서 기판 위에 코팅하여 환경유해가스 및 질병진단을 위한 바이오마커(biomarker) 가스(산화가스: NO2, NO, 환원가스: H2, CO, C2H5OH, H2S, CH4)를 검출 가능하도록 반도체식 가스 센서를 제조하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유 제조 방법.
The method according to claim 1,
(e) coating the metal oxide nanofibers having the multi-pore distribution structure on a sensor substrate capable of recognizing the change in resistance to remove biomarker gas (oxidizing gas: NO 2 , NO, reduction, Step of producing a semiconductor type gas sensor so as to be able to detect gas: H 2 , CO, C 2 H 5 OH, H 2 S, CH 4 )
Wherein the metal oxide nanofibers have a multi-pore distribution structure.
제1항에 있어서,
상기 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유는, 원통형 구조 및 판상구조 중 적어도 하나의 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the metal oxide nanofibers having the multi-pore distribution structure have at least one of a cylindrical structure and a plate-like structure.
제1항에 있어서,
상기 고분자 비드 희생층 템플레이트의 열분해로부터 형성되는 상기 미세기공과 상기 거대기공의 크기는, 사용된 고분자의 비드의 크기보다 20% ~ 60%의 크기 범위까지 열 수축되어, 상기 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유의 내부 및 표면에 분포되는 것을 특징으로 하는, 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유 제조 방법.
The method according to claim 1,
The sizes of the micropores and the macropores formed from pyrolysis of the polymer bead sacrificial layer template are thermally shrunk to the range of 20% to 60% of the size of the beads of the polymer used, and the metal having the multi- Wherein the metal oxide nanofibers are distributed on the inside and the surface of the oxide nanofibers.
제1항에 있어서,
상기 고분자 비드 희생층 템플레이트는, 20 oC ~ 200 oC 유리전이온도를 갖는 고분자인 것을 특징으로 하는, 다중 기공 분포 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유 제조 방법.
The method according to claim 1,
Wherein the polymer bead sacrificial layer template is a polymer having a glass transition temperature of 20 o C to 200 o C.
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