KR101691815B1 - 2차원 나노시트를 이용한 신경작용제 감지 가스 센서 - Google Patents

2차원 나노시트를 이용한 신경작용제 감지 가스 센서 Download PDF

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KR101691815B1
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이효영
황은희
황희민
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

기능화된 2차원 나노시트를 포함하며, 상기 나노시트는 그래핀 양자점, 전이금속 칼코게나이드 양자점, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것인, 가스센서에 관한 것이다.

Description

2차원 나노시트를 이용한 신경작용제 감지 가스 센서{GAS SENSOR FOR SENSING NERVE AGENT USING 2-DIMENSIONAL NANOSHEET}
본원은, 2차원 나노시트의 발광 성질을 이용하여 자극을 감지하는 신경 작용제 가스 센서에 관한 것이다.
센서의 핵심 소재로 널리 이용되고 있는 금속산화물의 경우 고온다습하고 가혹한 조건에서도 우수한 감응을 나타내어 가스 센서 재료로서 두각을 나타내고 있다. 그래핀 역시 극한 환경에서도 센싱 능력이 우수하다는 장점이 있어 센싱 물질로서 각광받고 있다. 그래핀은 현재 NO2, H2O, CO, 또는 NH3의 가스 센싱이 가능하다고 알려져 있고, 최근 SAW 기반의 그래핀 센서가 H2, CO2 가스를 감지하는 것으로 보고된 바 있다.
이러한 2차원 구조의 그래핀은 유사체가 표면의 모든 체적에 흡착 가능하기 때문에 가스 센싱의 특성을 극대화 시킬 수 있다는 장점을 지니고 있으며 중금속검출 센서, pH센서, 바이오 센서, 가스 센서 등으로 널리 이용되고 있다. 2차원적인 그래핀 내의 전자의 자유로운 움직임이 전하나 결함의 열 운동에 영향을 받기 않기 때문에 그래핀을 가스센서에 적용하게 되면 탄소나노튜브 뿐만 아니라 산화물 나노구조를 이용하는 경우보다 센서 신호의 잡음이 적다는 장점이 있다.
우수한 전기전도도, 및 뛰어난 비표면적 비로 인하여 흡착가스와도 큰 상호작용을 보이는 그래핀은 이러한 장점에도 불구하고 대면적 합성이 어려운 점과 고유상태의 그래핀은 표면에 불포화 결합이 없다는 센서로서의 문제점을 갖고 있다. 이를 극복하기 위하여 폴리머, 금속, 각종 화합물로 기능화를 시도해 왔다.
이렇게 기능화된 그래핀은 유사체에 대한 포획의 중심체로서의 역할을 하며, 그래핀 내의 저항의 변화로 유사체를 감지할 수 있게 된다. 또한 그래핀의 대면적 합성의 어려움을 극복하고자, 용액 상태에서 다양한 증착 방법으로 기판 위에 적층이 가능한 그래핀 옥사이드를 제조함으로써 환원 정도를 조절하여 그래핀의 가스 감지 성능을 높이려는 연구가 시도되어 왔다. 뿐만 아니라 그래핀 옥사이드 자체가 보유하고 있는 산소그룹의 영향으로 최근 그래핀 옥사이드를 환원 시키지 않은 상태에서도 다양한 기능기로 인한 가스 감지 능력을 보여주는 연구들이 진행된 바 있다.
이와 관련하여, 대한민국 공개특허 제 10-2014-0013405 호에서는 플루오르화된 그래핀에 대해 개시하고 있다.
본원은, 2차원 나노시트의 발광 성질을 이용하여 자극을 감지하는 신경 작용제 가스 센서에 관한 것이다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 제 1 측면은 기능화된 2차원 나노시트를 포함하며, 상기 나노시트는 그래핀 양자점, 전이금속 칼코게나이드 양자점, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것인 , 가스 센서를 제공하고자 한다.
본원의 일 구현예에 따른 가스 센서는, 그래핀 양자점 또는 전이금속 디칼코게나이드(transitional metal dichalcogenide, TMD)의 양자점을 이용하여 투명한 소자로서 응용이 가능하며, 유독한 화학 기체를 감지 할 수 있다.
더불어, 본원의 일 구현예에 따른 가스 센서는, 형광의 특성을 지닌 그래핀 양자점 또는 전이금속 디칼코게나이드(TMD)의 양자점을 이용함으로써 기존의 형광체를 플랫폼과 혼합(코팅)하지 않고도 양자점 고유의 형광특성으로 인해 신경 작용제의 감지 후 변화된 형광으로부터 신경 작용제 및/또는 신경 작용제 유사체의 존재 여부를 확인할 수 있다.
도 1 은, 본원의 일 실시예에 있어서, HFIP-GQD의 합성을 나타낸 개략도이다.
도 2는, 본원의 일 실시예에 있어서, 그래핀 양자점(graphene quantum dots, GQD)를 이용한 SAW 디바이스 설계 및 분석물질 흡착 과정을 나타낸 개략도이다.
도 3a 는, 본원의 일 실시예에 있어서, 동도상에서의 대조군인 GQD와 HFIP-GQD의 흡수 값을 나타낸 그래프이다.
도 3b 는, 본원의 일 실시예에 있어서, 동도상에서의 대조군인 GQD와 HFIP-GQD의 형광 특성을 나타낸 그래프이다.
도 3c 는, 본원의 일 실시예에 있어서, HFIP-GQD의 투과도를 나타낸 그래프이다.
도 4a 는, 본원의 일 실시예에 있어서, 디메틸메틸포스포네이트(DMMP)의 농도를 다양하게 했을 경우, 대조군인 GQD와HFIP-GQD의 여기파장에 따른 형광 강도 값을 나타낸 그래프이다.
도 4b는, 본원의 일 실시예에 있어서, HFIP-GQD의 시간에 따른 강도 값을 나타낸 그래프이다.
도 5 는, 본원의 일 실시예에 있어서, HFIP-GQD와 카본-기반 물질들과의 디메틸메틸포스포네이트(DMMP) 양상과 흡착 정도를 QCM을 통해 비교분석 한 그래프이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다.
그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~ 하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, " A 및/또는 B" 의 기재는, "A, B, 또는, A 및 B" 를 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "그래핀(graphene)"이라는 용어는 복수개의 탄소 원자들이 서로 공유 결합으로 연결되어 폴리시클릭 방향족 분자를 형성한 것을 의미하는 것으로서, 상기 공유 결합으로 연결된 탄소 원자들은 기본 반복 단위로서 6 원환을 형성하나, 5 원환 및/또는 7 원환을 더 포함하는 것도 가능하다. 따라서, 상기 그래핀이 형성하는 시트는 서로 공유 결합된 탄소 원자들의 단일층으로서 보일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 그래핀이 형성하는 시트는 다양한 구조를 가질 수 있으며, 이와 같은 구조는 그래핀 내에 포함될 수 있는 5 원환 및/또는 7 원환의 함량에 따라 달라질 수 있다. 또한, 상기 그래핀이 형성하는 시트가 단일층으로 이루어진 경우, 이들이 서로 적층 되어 복수 층을 형성할 수 있으며, 상기 그래핀 시트의 측면 말단부는 수소 원자로 포화될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원 명세서 전체에서, "그래핀 옥사이드 (graphene oxide)"는 "GO"로 약칭될 수 있다. 단일층 그래핀 상에 카르복실기, 히드록시기, 또는 에폭시기 등의 산소를 함유하는 작용기가 결합된 구조를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본원 명세서 전체에서, "환원된 그래핀 산화물" 또는 "환원 그래핀옥사이드(reduced graphene oxide)"이라는 용어는 환원 과정을 거쳐 산소 비율이 줄어든 그래핀 산화물을 의미하는 것으로서, "rGO"로 약칭될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이하, 본원의 구현예를 상세히 설명하였으나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 측면은, 기능화된 2차원 나노시트를 포함하며, 상기 나노시트는 그래핀 양자점, 전이금속 칼코게나이드 양자점, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것인, 가스 센서를 제공한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 가스 센서는 신경 작용제 또는 상기 신경작용제의 유사체를 감지 하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 신경 작용제는 산소와 이중결합 또는 탄소와 단일결합을 하는 인(P)을 함유하는 유기 인산 화합물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 신경 작용제 또는 상기 신경 작용제의 유사체는 인산 화합물인 (RS)-에틸 N,N-디메틸포스포아마이드시아니데이트(타분,tabun), 이소프로필-2-메틸포스폰산플루오리다아드(사린,sarin), 3,3-디메틸부탄-2-일 메틸포스포노플루오리데이트(3,3-dimethylbutan-2-yl methylphosphonofluoridate)(소만,soman), 에틸-({2-[비스(프로판-2-일)아미노]에틸}설파닐)(메틸)포스피네이트(ethyl ({2-[bis(propan-2-yl)amino]ethyl}sulfanyl)(methyl)phosphinate)(VX), 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 2차원 나노시트는 플루오르화된 가능기에 의하여 기능화될 수 있으며, 예를 들어, 상기 플루오르화된 기능기는 플루오르화된 C1-C6 알코올기, 플루오르화된 아릴기, 한 개 이상의 플루오르화된 C1-C6 알킬 (예: -CF3)에 의해 치환된 아릴기, 또는 플루오르화된 C1-C6 알코올에 의해 치환된 아릴기를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 플루오르화된 아릴기, 또는 플루오르화된 알코올에 의해 치환된 아릴기에서 상기 아릴기는 페닐기, 파이레닐기, 나프틸기, 또는 안트라세닐기를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 2차원 나노시트의 기능화는 전자를 끄는 성질을 지니는 기능기, 예를 들어, 플루오르화된 기능기에 의하여 수행될 수 있으며, 이러한 기능기는 높은 산성 특징을 보이는 양성자 (H)를 가지는 기능기에 의해 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 이러한 기능기가 도입된 2차원 나노시트는 산성 성질을 가지는 양성자로 인해 전자를 포함하고 있는 루이스 염기 물질과 쉽게 수소 결합을 하며, 상기 기능화된 2차원 나노시트는 루이스 염기성을 지니는 신경 작용제 유사체인 디메틸메틸포스포네이트 (DMMP) 등과 수소 결합을 함으로써 이를 감지 할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 그래핀 양자점을 기능화하는 방법에는 공유 결합적 접근과 비공유 결합적 접근이 있다. 예를 들어, 상기 공유 결합적 접근을 이용한 것으로서, 기능기를 포함한 다이조늄 양이온을 이용하여 탄소-탄소 결합을 만들어냄으로써 원하는 기능기를 그래핀 양자점에 도입할 수 있다(도 1 참조).
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 2차원 나노시트의 기능화 전에 상기 나노시트는 질소 또는 도펀트에 의하여 도핑된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 나노시트의 도핑은 상기 가스 센서의 광학적 특성을 향상시킬 수 있다. 광학적 특성의 향상으로 검출 한계를 개선시켜 저농도의 DMMP 도 쉽게 검출 가능하다. 예를 들어, 상기 도펀트는 붕소, 황, 플루오르, 인, 알루미늄, 13족, 15족, 16족, 및 17족 원소의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 또한, 전이금속 칼코겐에 금속 입자를 도핑(루이스 산성을 띄게)하는 처리 또한 상기 가스 센서의 센싱 감도를 높이는데 쓰일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 그래핀 양자점은 그래파이트, 그래핀 옥사이드, 환원 그래핀 옥사이드, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 물질의 양자점을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기능화된 2차원 나노시트는 수소 결합에 의해 상기 신경 작용제를 감지 하는 것인 가스 센서를 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전이금속 칼코게나이드 양자점은 기능기에 의한 수소 결합 또는 전이금속과 배위결합에 의해 신경 작용제를 감지하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 기능화 그래핀 양자점은 기능기로 인하여 강한 산성을 띄는 양성자를 가지게 되고, 상기 양성자는 전자를 가지고 있는 루이스 염기와 쉽게 수소 결합을 하는데, 이러한 상호작용을 수전 진동자를 이용해 측정함으로써 검출하고자 하는 물질의 정량적 분석을 진행할 수 있다(도2 참조).
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전이금속 디칼코게나이드(TMD)의 양자점에 기능기를 도입하는 방법은, 에스터 또는 아마이드 결합을 형성함으로써 기능기를 고정 하는 방법에 의해 수행되거나, 또는 상기 전이금속 디칼코게나이드 (TMD)의 양자점이 기능기를 함유하는 다이아조늄 염과 반응하여 음(-)으로 하전된 전이금속 디칼코게나이드 위에 기능기와 공유결합을 형성함으로써 고정 하는 방법에 의해 수행될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 그래핀 양자점은 말단에 카복실기를 가지고 있어서 기능기가 말단에 NH2 기능기 또는 OH 기능기를 가지고 있으면, 아마이드 결합 또는 에스터 결합을 형성 할 수 있다. 또한, 그래핀 양자점의 경우 이중결합의 π전자로 인하여 다이아조늄 염과 반응 할 수 있고, 비슷한 원리로, 전이금속 디칼코게나이드 경우는 음으로 하전된 플랫폼에 다이아조늄 염과 반응 하여 기능기를 고정할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 그래핀 양자점의 경우 말단에 카복실기를 가지고 있어서 리셉터가 말단에 NH2 기능기 또는 OH 기능기를 가지고 있으면, 아마이드 결합 또는 에스터 결합을 형성 할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 그래핀 양자점은 이중결합의 π 전자로 인하여 다이아조늄 염과 반응 할 수 있고, 비슷한 원리로, 전이 금속은 음으로 하전된 플랫폼에 다이조늄염과 반응 할 수있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전이금속 디칼코게나이드(TMD)의 양자점에 기능기를 도입하는 방법은, 에스터 또는 아마이드 결합을 형성함으로써 기능기를 고정 하는 방법에 의해 수행되거나, 또는 상기 전이금속 디칼코게나이드 (TMD)의 양자점이 기능기를 함유하는 다이아조늄염과 반응하여 음(-)으로 하전된 전이금속 디칼코게나이드 위에 기능기와 공유결합을 형성함으로써 고정 하는 방법에 의해 수행될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 다른 구현예에 있어서, 상기 전이금속 디칼코게나이드(TMD)의 양자점에 기능기를 도입하는 방법은, 페닐, 나프탈렌, 안트라센, 피렌과 같은 아릴 화합물들과 같은 물질을 기능기로서 이용하는 비공유 결합적 기능기 연결법을 이용할 수 있다. 이러한 기능기 도입 방법 또한 상기 그래핀 양자점에도 동일하게 적용가능하다. 예를 들어, 그래핀 또는 그래핀 양자점의 π 결합의 전자와 나프탈렌, 안트라센, 피렌과 같은 아릴 화합물들의 아릴 고리 상의 π 전자가 서로 상호작용하여 π-π 상호작용을 일으켜 상기 아릴기 화합물을 기능기로서 도입할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전이금속 칼코게나이드 양자점은 MoS2, TiS2, TiSe2, TiTe2, VS2, VSe2, VTe2, RuS2, RuSe2, RuTe2, PdS2, PdSe2, PdTe2, HfS2, HfSe2, HfTe2, NbS2, NbSe2, TaS2, TaSe2, NiS2, NiSe2, NiTe2, MoSe2, MoTe2, IrS2, IrSe2, IrTe2, PtS2, PtSe2, PtTe2, TiS2, TiSe2, TiTe2, WS2, WSe2, WTe2, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 물질의 양자점을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본원의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.
[ 실시예 ]
실시예 1: 그래핀 옥사이드의 제조
그래핀옥사이드는 수정된 험머스 (modified Hummers) 방법에 의해 그래파이트 (SP-1,Bay Carbon Inc.)로부터 황산, 칼륨과 망간산염으로 처리하여 수득하였다.
실시예 2: 그래핀 양자점의 제조
상기 제조된 그래핀옥사이드를 용매(에탄올)에 분산시켜 1 mg/mL 용액을 만들어 초음파 처리를 한 후 용매열 합성법을 이용하여 그래핀 양자점을 제조하였다. 오토클레이브(내열, 내압용기)를 이용하여 전기로 (furnace F-14, 대한과학)에서 160℃ 내지 200℃의 온도 범위에서 반응시켰다. 반응 후 만들어진 용액을 여과기에 걸러 그래파이트를 제거하고 걸러진 용액을 증발기를 통해서 용매를 모두 제거하여 그래핀 양자점을 수득 하였다.
상기 에탄올 용매는 디메틸포름아마이드, 메탄올, 아세톤, 아세토나이트릴, 물, 디메틸설폭사이드, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것으로 대체 가능하다.
실시예 3: HFIP - GQD 의 제조
HFIP(4-(1,1,1,3,3,3-hexafluoro-2-hydroxypropan-2-yl) 기능기를 포함하는 페닐 다이아조늄염을 그래핀 양자점(GQD)과 1: 0.5, 1:1 등의 무게 비로 용매(물)에 용해시켜 20 시간 동안 교반시켰다. 상기 용매는 다이메틸포름아마이드(dimethylformamide, 삼전화학)도 사용 가능하다.
반응 후 반응되지 않은 불순물을 제거하기 위해 투석방법을 이용해 분리하거나, 두 용매 간에 혼합 되지 않는 성질을 이용하여 불순물을 제거하였다. 주로 물을 반응용매로서 사용하였고, 반응 후 디클로로메탄 (dichloromethane, 삼전화학, 및 디에틸에테르 (diethyl ether, 삼전화학) 를 이용하여 불순물을 제거하였다. 불순물이 제거된 용액을 증발기(BUCHI) 를 통해 용매를 제거하면 고체 분말형태의 HFIP-GQD를 얻을 수 있다.
실시예 4: HFIP - GQD 의 필름의 제조
수득된 파우더를 잘 녹는 증류수에 분산시켜 0.1 내지 1 mg/mL의 용액으로 제조한 후, 측정하고자 하는 기판 (quartz crystal, International Crystal Manufacturing)에 드롭캐스팅 후 12시간 이상 건조 또는 스핀 코팅을 이용하여 4000 rpm 에서 20초 동안 100 μL를 떨어뜨린 후 용매(증류수)를 제거하기 위해 40초 동안 회전하여 적층한 후, HFIP-GQD 필름을 수득하였다.
실험예 1: 흡광도 측정
그래핀 양자점(GQD) 와 HFIP 기능기가 도입된 그래핀 양자점(HFIP-GQD)을 메탄올에 용해시켜 0.5 mg/mL 의 용액으로 제조하여 측정하였다. 플로린이 도입된 그래핀 양자점은 기능화 전과 비교 하였을 때 단파장쪽으로 이동하였다(도 3a 참조).
실험예 2: 형광 특성 분석
GQD 와 HFIP-GQD를 메탄올에 용해시켜 0.5 mg/mL 의 용액으로 제조하여 200 nm에서 800 nm까지의 범위의 파장에서 측정하였다. 기능화된 후 형광도 마찬가지로 단파장대로 이동하는 것은 도 3a의 흡광의 경향과 상응하는 결과로써 기능화가 안정적으로 이루어졌다는 것을 뒷받침 해준다(도 3b 참조).
실험예 3: 투과도 분석
상기 0.5 mg/mL 의 용액을 기판에 떨어뜨려 건조 후 분말 형태의 GQD와 HFIP-GQD의 투과도를 측정하였다. 투과도를 통해서 새로운 기능기(HFIP)에 의한 새로운 피크를 확인 하였고, C=C 스트레칭(stretching) 에 의한 피크의 상대적인 증가를 통하여 새로운 물질이 도입 되었다는 것을 추가로 확인하였다(도 3c 참조).
디메틸메틸포스포네이트(DMMP)를 다이클로로메탄(dichloromethane)에 용해시켜 0.5 M의 농도로 제조하였다. 도 4a의 왼쪽 그래프는 0.5 M 동일 농도상에서 DMMP의 양을 100 μL, 200 μL, 300 μL, 400 μL, 500 μL로서 다양하게 했을 시, 여기 파장 330 nm 에 따른 GQD의 형광 강도 값을 나타낸 그래프이고, 도 4a의 오른쪽 그래프는 디메틸메틸포스포네이트(DMMP)의 0.5 M 동일 농도상에서 DMMP의 양을 100, 200, 300, 400, 500 μL로 다르게 했을 시, 여기 파장 330 nm 에 따른 HFIP-GQD의 형광 강도 값을 나타낸 그래프이다. 대조군인 GQD는 디메틸메틸포스포네이트(DMMP)에 대해 반응이 거의 없으나, 기능화된 HFIP-GQD는 강한 산성을 띄는 HFIP 기능기로 인해서 DMMP와 쉽게 수소 결합을 함으로써 형광 광도의 변화를 갖게 된다. 형광 광도의 증가는 HFIP-GQD의 여기 전자의 디메틸메틸포스포네이트(DMMP)로의 에너지 전환에 의한 것 이라고 보고있다.
도 4b는 HFIP-GQD의 여기파장 330 nm 에서의 시간에 따른 형광 강도 값을 나타낸 그래프이다. 2.5 mM 내지 10 mM의 DMMP 용액을 떨어뜨렸을 때의 형광광도 값으로 액체상에서의 검출한계를 알 수 있었다.
도 5는 그래핀, 그래핀 양자점(GQD), HFIP-GQD의 시간에 따른 디메틸메틸포스포네이트(DMMP)의 양상과 흡착 정도를 비교 분석한 그래프이다. 수득된 파우더를 물(DI water)에 분산시켜 0.1~1 mg/mL 용액으로 만든 후 쿼츠 크리스탈(quartz crystal)의 Au 전극 위에 드롭캐스팅 후 12 시간 이상 건조 또는 스핀코팅을 이용하여 4000 rpm에서 20초 동안 100 μL를 떨어뜨린 후 40초 동안 용매를 제거하기 위해 회전하여 적층하였다. 디메틸메틸포스포네이트(DMMP)의 농도가 높아질수록 흡착정도는 음의 값으로 증가하였다. 기체상에서의 검출 한계를 알 수 있었다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 기능화된 2차원 나노시트를 포함하며,
    상기 나노시트는 그래핀 양자점, 전이금속 칼코게나이드 양자점, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것이고,
    상기 2차원 나노시트의 기능화는 플루오르화된 C1-C6 알코올기, 플루오르화된 아릴기, 플루오르화된 C1-C6 알킬에 의해 치환된 아릴기, 또는 플루오르화된 C1-C6 알코올에 의해 치환된 아릴기에 의해 기능화 되는 것인,
    가스 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스센서는 신경 작용제를 감지 하는 것인, 가스 센서.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 신경 작용제는 산소와 이중결합 또는 탄소와 단일결합을 하는 인(P)을 함유하는 유기 인산 화합물을 포함하는 것인, 가스 센서.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 신경 작용제는 타분(Tabun), 사린(Sarin), 소만(Soman), VX, 디메틸메틸포스포네이트, 디아이소프로필메틸포스포네이트, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 포함하는 것인, 가스 센서.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차원 나노시트는 상기 기능화 전에 질소 또는 도펀트에 의해 도핑되는 것인, 가스 센서.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 도펀트는 붕소, 황, 플루오르, 인, 알루미늄, 트리플루오르 메틸기를 포함하는 기능기, 13족, 15족, 16족, 및 17족 원소의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 가스 센서.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 그래핀 양자점은 그래파이트, 그래핀 옥사이드, 환원 그래핀 옥사이드, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 물질의 양자점을 포함하는 것인, 가스 센서.
  9. 제 2 항에 있어서,
    상기 기능화된 2차원 나노시트는 수소 결합에 의해 상기 신경 작용제를 감지하는 것인, 가스 센서.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 전이금속 칼코게나이드 양자점은 기능기에 의한 수소 결합 또는 전이금속과 배위결합에 의해 상기 신경 작용제를 감지하는 것인, 가스 센서.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 전이금속 칼코게나이드 양자점은 MoS2, TiS2, TiSe2, TiTe2, VS2, VSe2, VTe2, RuS2, RuSe2, RuTe2, PdS2, PdSe2, PdTe2, HfS2, HfSe2, HfTe2, NbS2, NbSe2, TaS2, TaSe2, NiS2, NiSe2, NiTe2, MoSe2, MoTe2, IrS2, IrSe2, IrTe2, PtS2, PtSe2, PtTe2, TiS2, TiSe2, TiTe2, WS2, WSe2, WTe2 , 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 물질의 양자점을 포함하는 것인, 가스 센서.

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