KR101751449B1 - 휘발성 유기화합물의 분별 감지를 위한 그래핀옥사이드와 금속산화물 기반 센싱레이어 제조 방법 및 이에 의해 제조된 센서 - Google Patents
휘발성 유기화합물의 분별 감지를 위한 그래핀옥사이드와 금속산화물 기반 센싱레이어 제조 방법 및 이에 의해 제조된 센서 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 센서의 센싱레이어를 그래핀옥사이드와 금속산화물의 혼합물을 통해 제조하여 휘발성 유기화합물(VOCs)을 분별 감지할 수 있도록 하여, 고감도, 선택성, 응답속도 및 경제성 등을 충족할 수 있는 휘발성 유기화합물의 분별 감지를 위한 그래핀옥사이드계 센싱레이어 제조 방법 및 이에 의해 제조된 센서에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 휘발성 유기화합물의 분별 센싱을 위한 센서의 센싱레이어 제조 방법에 있어서, 복수 쌍의 전극을 갖는 절연성 기재를 마련하는 기재 마련 단계; 및 상기 기재에서 휘발성 유기화합물 중 복수의 휘발성 유기화합물을 분별하기 위한 센싱 레이어를 형성시키는 센싱 레이어 형성 단계;를 포함하는 휘발성 유기화합물의 분별 감지를 위한 그래핀옥사이드계 센싱레이어 제조 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 센싱레이어 제조 방법 및 이에 의해 제조된 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 센서의 센싱레이어를 그래핀옥사이드와 금속산화물의 혼합물을 통해 제조하여 휘발성 유기화합물(VOCs)을 분별 감지할 수 있도록 하여, 고감도, 선택성, 응답속도 및 경제성 등을 충족할 수 있는 휘발성 유기화합물의 분별 감지를 위한 그래핀옥사이드계 센싱레이어 제조 방법 및 이에 의해 제조된 센서에 관한 것이다.
현대인들은 공공건물, 지하시설물, 사무실과 같은 실내에서 보내는 시간이 많아지게 되어 실내 공기질을 오염시키는 포름 알데히드, 휘발성 유기화합물, 석면, 라돈, 납 등의 화학물질 중 특히 휘발성 유기화합물(이하 'VOCs'라 칭함)이 인체에 노출되어 건강에 많은 이상 현상을 일으킨다.
이러한 실내공기오염의 주원인은 실외 공기의 유입과 적은 환기 횟수 등이 있으며, 오염물질에 따른 악영향을 막기 위한 대책이 필요하다.
공동주택에서 5종의 휘발성 유기화합물의 실내공기 오염 기준은 포름알데히드 210㎍/m3 이하, 벤젠 30㎍/m3 이하, 톨루엔 1,000㎍/m3 이하, 에틸벤젠 360㎍/m3 이하, 자일렌 700㎍/m3 이하로 제한되며, 이와 같은 물질이 인체에 노출시 구토, 경련, 의식불명, 천식 등 심하면 사망에 이르기까지 한다.
실내공기의 5종 VOCs 오염농도를 검출하기 위한 센서는 인간의 감각기관을 대신하여 정량할 수 없는 농도측정, 경보, 누설감지를 하는 장치이다. 도 1a 내지 도 1e는 5종의 VOCs를 검출하기 위한 기존 센서들을 나타낸 도면으로, 도 1a는 폴름알데히드 센서, 도 1b는 톨루엔 센서, 도 1c는 벤젠 센서, 도 1d는 에틸벤젠 센서 그리고 도 1e는 자일렌 센서이다.
기존의 여러 가스센서는 고온에서만 작동하거나 선택성이 작아 분별력이 떨어질 뿐만 아니라 촉매나 전해질을 선택하여 전기화학적으로 최적화 과정을 필요로 하는 등의 문제점이 있었다.
구체적으로, 종래에는 수백가지의 VOCs중 실내공기질을 좌우하며, 인체 건강에 직접적인 영향을 미치는 대표적인 5종의 VOCs(포름알데히드, 자일렌, 톨루엔, 벤젠, 에틸벤젠이)를 동시에 분별해서 감지(selectively detection)하는 기술은 없다.
특히, 기존의 센서는 미량의 VOCs에도 반응력이 좋은, 다시말해 sub ppm 범위 또는 ppb 농도 범위에서도 반응성이 좋은(highly sensitive) 센싱기술에 초점을 맞추고 있는 실정이다.
다시 말해서, 실내 공기청정기와 연동하여 스마트하게 실내공기질을 관리하기 위해서는 어떤 종류의 VOC가 얼마 만큼의 농도(ppm 또는 ppb)로 실내공기 내에 존재하는지에 대한 센싱 데이터가 필수적이나 이러한 측정을 위해 특화된 센서는 없는 실정이다.
또한, 센싱의 정확성, 경제성을 고려할 때 반도체식 센서 기술이 가장 적합하나, 기존 기술은 PID(PhotoIonization Detector) 방식, 전기화학식 센서기술 등 고가 또는 내구성면에서 단점이 있는 문제점이 있다.
결론적으로 생활환경에 존재하는 많은 종류의 유해가스를 일반가정, 업소, 공사장에서의 가스사고, 폭발사고 및 오염공해 등으로부터 인간을 보호하기 위해서 가스센서는 고감도, 선택성, 응답속도, 및 경제성 등을 충족시킬 수 있는 센서제조 및 응용기술의 연구가 필요한 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 센서의 센싱레이어를 그래핀옥사이드와 금속산화물의 혼합물을 통해 제조하여 휘발성 유기화합물(VOCs)을 분별 감지할 수 있도록 하여, 고감도, 선택성, 응답속도 및 경제성 등을 충족할 수 있는 휘발성 유기화합물의 분별 감지를 위한 그래핀옥사이드계 센싱레이어 제조 방법 및 이에 의해 제조된 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 용이하고 간단한 제조 과정을 통해 신뢰성 있는 센서를 제작할 수 있어 제작성과 경제성을 향상시킬 수 있는 휘발성 유기화합물의 분별 감지를 위한 그래핀옥사이드계 센싱레이어 제조 방법 및 이에 의해 제조된 센서를 제공하는데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 다종의 VOCs 감지를 위하여 기존의 멀티 어레이(multi array) 기반이 아니고 싱글 센서 기반의 감지센서를 구현할 수 있고, 기존 히팅을 요구하는 방식에서 벗어나 상온에서 히팅없이 사용가능하며, 이에 따라 히티에 의한 소재의 열적성능 저하현상을 최소화할 수 있는 휘발성 유기화합물의 분별 감지를 위한 그래핀옥사이드계 센싱레이어 제조 방법 및 이에 의해 제조된 센서를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 휘발성 유기화합물의 분별 센싱을 위한 센서의 센싱레이어 제조 방법에 있어서, 복수 쌍의 전극을 갖는 절연성 기재를 마련하는 기재 마련 단계; 및 상기 기재에서 휘발성 유기화합물 중 복수의 휘발성 유기화합물을 분별하기 위한 센싱 레이어를 형성시키는 센싱 레이어 형성 단계;를 포함하는 휘발성 유기화합물의 분별 감지를 위한 그래핀옥사이드계 센싱레이어 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 휘발성 유기화합물의 분별 센싱을 위한 센서의 센싱레이어 제조 방법에 있어서, 복수 쌍의 전극을 갖는 절연성 기재를 마련하는 기재 마련 단계; 및 상기 기재에서 포름알데히드, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 스티렌을 포함하는 휘발성 유기화합물을 분별하기 위한 센싱 레이어를 형성시키는 센싱 레이어 형성 단계;를 포함하는 휘발성 유기화합물의 분별 감지를 위한 그래핀옥사이드계 센싱레이어 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 관점들에 있어서, 상기 기재 마련 단계에서 마련되는 절연성 기재는 SiO2/Si기재이며, 상기 기재의 일면에 형성되는 전극은 스테인레스 스틸(SUS), 백금(Pt), 골드(Au) 중에서 선택되는 하나로 이루어질 수 있다.
본 발명의 관점들에 있어서, 상기 센싱 레이어 형성 단계는 상기 휘발성 유기화합물(VOCs)의 분별성능을 제공하기 위한 레이어 형성물질을 마련하고, 마련된 레이어 형성물질을 각 휘발성유기화합물의 특성별도 분별할 수 있도록 처리할 수 있다.
본 발명의 관점들에 있어서, 상기 레이어 형성물질의 마련은 그래핀옥사이드(GO)와 금속산화물(MO)의 혼합물로 마련되는 것이 바람직하다.
본 발명의 관점들에 있어서, 상기 금속산화물은 ZnO, SnO2, In로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 관점들에 있어서, 상기 그래핀옥사이드와 금속산화물의 혼합비는 1:1에서 1:10인 것이 바람직하다.
본 발명의 관점들에 있어서, 상기 마련된 레이어 형성물질을 각 휘발성유기화합물의 특성별도 분별할 수 있도록 처리하는 것은 전기영동법을 통해 센싱 레이어를 형성시키고, 소정 온도와 시간의 열처리 조건에서 열처리하여 최종 센싱 레이어를 형성시키는 것이 바람직하다.
본 발명의 관점들에 있어서, 상기 전기영동법에서 사용되는 용액은 수용액이고, 인가되는 전압과 전류는 각각 0~12V의 범위와 5mA의 전류이며, 상기 최종 센싱레이어는 10um 이내의 두께로 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 관점들에 있어서, 상기 열처리 조건으로서 열처리 온도는 실온(RT: room temperature)에서 200°C 의 범위이고, 열처리 온도는 1~2시간 범위인 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 전극을 갖는 절연 기재와 상기 절연 기재의 일면에 센싱레이어를 포함하며,휘발성 유기화합물의 분별 감지를 위한 센싱레이어를 구비하는 센서에 있어서, 상기 센싱레이어는 그래핀옥사이드와 금속산화물로 구성되되, 그래핀옥사이드와 금속산화물의 구성비를 달리하여 이루어지도록 하여 구성되는 것을 특징으로 하는 센서가 제공된다.
본 발명의 또 다른 관점에 있어서, 상기 그래핀옥사이드와 금속산화물의 구성비는 양단부에서 그래핀옥사이드와 금속산화물이 각각 형성되고, 이 양단부로부터 중앙측으로 갈수록 그래핀옥사이드와 금속산화물의 구성비를 달리하여 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 관점에 있어서, 상기 그래핀옥사이드와 금속산화물의 구성비는 일단부에 100%의 그래핀옥사이드, 타단부에 100%의 금속산화물이 구성되고, 일단부에서 타단부 또는 타단부에서 일단부로 갈수록 그래핀옥사이드 및 금속산화물의 구성비가 1/4씩 증감하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 휘발성 유기화합물의 분별 감지를 위한 그래핀옥사이드와 금속산화물 기반 센싱레이어 제조 방법 및 이에 의해 제조된 센서에 의하면 다음과 같은 효과를 제공한다.
첫째, 본 발명은 실내 공기질을 좌우하는 VOCs 물질의 오염원 모니터링 및 관리를 통하여 공기질을 개선할 수 있는 효과가 있다.
둘째, 본 발명은 여러 형태의 다양한 가스 센서의 조합이 아닌, 단일 플랫폼에 다양한 센싱레이어의 물질 조합에 의한 감지방식으로 구현하여 구조의 단순화를 도모할 수 있는 효과가 있다.
셋째, 본 발명은 경제적이고, 혼합비 조절이 간단하여 센서 제작의 단순화 및 일관성을 유지할 수 있는 효과가 있다.
넷째, 본 발명은 향후 스마트 공기질 관리시스템으로의 적용 시 핵심기술로의 활용할 수 있고, 실내 공기질 뿐만 아니라 VOCs 계열 또는 가스상 물질로 대표되는 작업환경 시 최초 누출 감시 스크리닝 시스템 개발로의 적용이 가능하며, 향후 바이오산업 및 의학 시장에서의 전자코(electronic nose) 개발을 위한 핵심기술력을 확보할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.
도 1a 내지 도 1e는 5종의 VOCs를 검출하기 위한 기존 센서들을 나타낸 도면으로, 도 1a는 폴름알데히드 센서, 도 1b는 톨루엔 센서, 도 1c는 벤젠 센서, 도 1d는 에틸벤젠 센서 그리고 도 1e는 자일렌 센서이다.
도 2는 본 발명에 따른 휘발성 유기화합물의 분별 감지를 위한 그래핀옥사이드와 금속산화물 기반 센싱레이어 제조 방법을 도시한 플로차트이다.
도 3은 본 발명에 있어서 그래핀옥사이드(GO)와 금속산화물(MO)을 혼합하여 이루어진 센싱레이어로 구성된 5종 VOCs 감지센서의 구조를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 그래핀옥사이드와 금속산화물의 혼합상 비율에 따른 감도 차이 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 그래핀옥사이드와 금속산화물의 저항변화와 반응시간을 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명에 따른 휘발성 유기화합물의 분별 감지를 위한 그래핀옥사이드와 금속산화물 기반 센싱레이어 제조 방법을 도시한 플로차트이다.
도 3은 본 발명에 있어서 그래핀옥사이드(GO)와 금속산화물(MO)을 혼합하여 이루어진 센싱레이어로 구성된 5종 VOCs 감지센서의 구조를 개략적으로 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명에 따른 그래핀옥사이드와 금속산화물의 혼합상 비율에 따른 감도 차이 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 그래핀옥사이드와 금속산화물의 저항변화와 반응시간을 나타내는 그래프이다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 휘발성 유기화합물의 분별 감지를 위한 그래핀옥사이드와 금속산화물 기반 센싱레이어 제조 방법 및 이에 의해 제조된 센서에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다. 도 2는 본 발명에 따른 휘발성 유기화합물의 분별 감지를 위한 그래핀옥사이드와 금속산화물 기반 센싱레이어 제조 방법을 도시한 플로차트이다.
본 발명에 따른 휘발성 유기화합물의 분별 감지를 위한 그래핀옥사이드와 금속산화물 기반 센싱레이어 제조 방법은, 휘발성 유기화합물의 분별 센싱을 위한 센서의 센싱레이어 제조 방법에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수 쌍의 전극을 갖는 절연성 기재를 마련하는 기재 마련 단계(S100); 및 상기 기재에서 포름알데히드, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 스티렌 각각의 분별 감지를 위한 센싱 레이어를 형성시키는 센싱 레이어 형성 단계(S200)를 포함한다.
상기 기재 마련 단계(S100)에서 마련되는 절연성 기재는 통상의 것을 채용할 수 있는 것으로, 예를 들어 SiO2/Si기재이며 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 기재에 형성되는 전도성 전극은 전도성을 갖는 전극소재라면 어떠한 것도 무방하며, 예를 들어, 스테인레스 스틸(SUS), 백금(Pt), 골드(Au) 등이 바람직하다.
상기 센싱 레이어 형성 단계(S200)는 포름알데히드, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 스티렌을 포함하는 휘발성 유기화합물(VOCs)의 분별성능을 제공하기 위한 레이어 형성물질을 마련하고, 마련된 레이어 형성물질을 각 휘발성 유기화합물의 특성별도 분별할 수 있도록 처리하여 절연기재에 형성시키는 것을 포함한다.
상기 레이어 형성물질의 마련은 그래핀옥사이드(GO)와 ZnO, SnO2, In(In203)의 세 종류로 이루어지는 금속산화물(MO)의 혼합물로 마련되고, 상기 그래핀옥사이드와 금속산화물의 혼합비는 1:1에서 1:10가 바람직하다.
그리고 상기 레이어 형성물질을 절연성 기재에 형성하도록 처리하는 것은 전기영동법을 통해 센싱 레이어를 형성시키고, 소정 온도와 시간의 열처리 조건에서열처리하여 최종 센싱 레이어를 형성시킨다.
구체적으로, 센싱 레이어 형성은 전극을 양극(+), 기재를 음극(-)으로 하는 전기영동법으로 하고, 0~12V의 범위에서 5mA의 전류를 인가하여 전체 센싱레이어의 두께가 10um 이내로 형성시킨다. 여기에서, 상기 전기영동법에서 사용되는 용액은 수용액(aqueous solution)인 것이 바람직하다.
그리고 상기 열처리 조건에 있어서 열처리의 범위는 실온(RT: room temperature)에서 200°C 의 범위에서 진행되며, 열처리 온도는 1~2시간 범위에서 진행된다. 이러한 열처리의 조건은 그래핀옥사이드와 금속산화물로 구성되는 센싱레이어의 막이 벗겨지는(peeled off) 현상이 일어나지 않는 조건이다.
이러한 그래핀옥사이드(GO)와 금속산화물(MO) 각각의 혼합비 및 열처리 조건 등의 조건의 조합으로 5종의 VOCs를 분별적으로 감지하는 조건을 도출하며 각각의 포름알데히드, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 스티렌을 가장 분별적으로 감지하는 조건은 아래 표와 같다.
| 구분 | 포름알데히드 | 자일렌 | 톨루엔 | 벤젠 | 스티렌 |
| 그래핀옥사이드 | 90~100% | 50~70% | 0~10% | 20~50% | 80~90% |
| 금속산화물 | 0~10% | 25~50% | 90~100% | 50~80% | 10~20% |
| 열처리 온도 | 100~150 | 100 | 200 | RT | 200 |
한편, 도 3은 상기한 바와 같은 방법을 통하여 그래핀옥사이드(GO)와 금속산화물(MO)을 혼합한 이루어진 센싱레이어로 구성된 5종 VOCs 감지센서의 구조를 개략적으로 도시한 개념도로서, 센싱레이어에서 그래핀옥사이드와 금속산화물의 구성비의 일 예를 도시한 것으로, 본 발명에 따른 휘발성 유기화합물의 분별 감지를 위한 그래핀옥사이드계 센싱레이어를 구비하는 센서는, 전극을 갖는 절연 기재와 상기 절연 기재의 일면에 센싱레이어가 구비되는 센서로서, 상기 센싱레이어는 그래핀옥사이드와 금속산화물로 구성되되, 그래핀옥사이드와 금속산화물의 구성비를 달리하여 이루어지도록 하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 그래핀옥사이드와 금속산화물의 구성비는 양단부에서 그래핀옥사이드와 금속산화물이 각각 형성되고, 이 양단부로부터 중앙측으로 갈수록 그래핀옥사이드와 금속산화물의 구성비를 달리하여 구성되도록 하는 것으로, 예를 들면 상기 그래핀옥사이드와 금속산화물의 구성비는 일단부에 100%의 그래핀옥사이드, 타단부에 100%의 금속산화물이 구성되고, 일단부에서 타단부 또는 타단부에서 일단부로 갈수록 그래핀옥사이드 및 금속산화물의 구성비가 1/4씩 증감하도록 구성된다.
여기에서, 전극은 그래핀옥사이드와 금속산화물의 혼합상 비율(구성비)을 달리하는 구간(도면에서는 5군데: 5종의 VOCs 검출을 위한 구간임)에 각각 한 쌍씩 형성되며, 이 한 쌍의 전극은 1cm의 간격을 갖고 형성된다.
도 4는 본 발명에 따른 그래핀옥사이드와 금속산화물의 혼합상 비율에 따른 감도 차이 변화를 나타내는 그래프이고, 도 5는 본 발명에 따른 그래핀옥사이드와 금속산화물의 저항변화와 반응시간을 나타내는 그래프이다.
이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 센싱레이어를 갖는 센서는 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이 그래핀옥사이드와 금속산화물의 혼합상 비율(구성비)에 따른 감도 차이 변화를 나타내는 그래프 및 저항변화와 반응시간을 나타내는 그래프로부터 알 수 있듯이, 이러한 특성에 따라서 휘발성 유기화합물, 특히 하나의 센싱레이어를 통해서도 포름알데히드, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 스티렌을 분별할 수 있게 된다.
상기한 바와 같은 본 발명에 따른 휘발성 유기화합물의 분별 감지를 위한 그래핀옥사이드계 센싱레이어 제조 방법 및 이에 의해 제조된 센서는, 실내 공기질을 좌우하는 VOCs 물질의 오염원 모니터링 및 관리를 통하여 공기질을 개선할 수 있고, 여러 형태의 다양한 가스 센서의 조합이 아닌, 단일 플랫폼에 다양한 센싱레이어의 물질 조합에 의한 감지방식으로 구현하여 구조의 단순화를 도모할 수 있으며, 경제적이고, 혼합비 조절이 간단하여 센서 제작의 단순화 및 일관성을 유지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 향후 스마트 공기질 관리시스템으로의 적용 시 핵심기술로의 활용할 수 있고, 실내 공기질 뿐만 아니라 VOCs 계열 또는 가스상 물질로 대표되는 작업환경 시 최초 누출 감시 스크리닝 시스템 개발로의 적용이 가능하며, 향후 바이오산업 및 의학 시장에서의 전자코(electronic nose) 개발을 위한 핵심기술력을 확보할 수 있는 이점이 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (14)
- 삭제
- 휘발성 유기화합물의 분별 센싱을 위한 센서의 센싱레이어 제조 방법에 있어서,
공통 전압이 인가되는 각각 한쌍의 전극을 갖는 다수의 절연성 기재를 단위 구성으로 마련하는 기재 마련 단계; 및
상기 다수의 절연성 기재 중 제1 절연성 기재에 90%에서 100% 사이의 그래핀 옥사이드와 0%에서 10% 사이의 금속 산화물이 포함되어 포름알데히드를 분별 감지하기 위한 제1 구간과, 제2 절연성 기재에 50%에서 70% 사이의 그래핀 옥사이드와 25%에서 50% 사이의 금속 산화물이 포함되어 벤젠을 분별 감지하기 위한 제2 구간과, 제3 절연성 기재에 0%에서 10% 사이의 그래핀 옥사이드와 90%에서 100% 사이의 금속 산화물이 포함되어 톨루엔을 분별 감지하기 위한 제3 구간과, 제4 절연성 기재에 20%에서 50% 사이의 그래핀 옥사이드와 50%에서 80% 사이의 금속 산화물이 포함되어 자일렌을 분별 감지하기 위한 제4 구간과, 제5 절연성 기재에 80%에서 90% 사이의 그래핀 옥사이드와 10%에서 20% 사이의 금속 산화물이 포함되어 스티렌을 분별 감지하기 위한 제5 구간을 포함하는 센싱 레이어를 형성시키는 센싱 레이어 형성 단계;를 포함하는
휘발성 유기화합물의 분별 감지를 위한 그래핀옥사이드와 금속산화물 기반 센싱레이어 제조 방법.
- 제2항에 있어서,
상기 기재 마련 단계에서 마련되는 상기 다수의 절연성 기재는 SiO2/Si기재이며,
상기 다수의 절연성 기재의 일면에 형성되는 전극은 스테인레스 스틸(SUS), 백금(Pt), 골드(Au) 중에서 선택되는 하나로 이루어지는
휘발성 유기화합물의 분별 감지를 위한 그래핀옥사이드와 금속산화물 기반 센싱레이어 제조 방법.
- 삭제
- 삭제
- 제2항에 있어서,
상기 금속산화물은 ZnO, SnO2, In로 구성되는
휘발성 유기화합물의 분별 감지를 위한 그래핀옥사이드와 금속산화물 기반 센싱레이어 제조 방법.
- 삭제
- 제2항에 있어서,
상기 센싱 레이어는 전기영동법을 통해 형성되고,
상기 포름알데히드, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 스티렌을 각각 가장 분별적으로 감지하기 위한 상기 그래핀 옥사이드와 상기 금속 산화물의 혼합 비율을 구성하기 위해, 상기 센싱 레이어를 소정 온도와 시간의 열처리 조건에서 열처리하여 최종 센싱 레이어를 형성시키는 단계를 포함하는
휘발성 유기화합물의 분별 감지를 위한 그래핀옥사이드와 금속산화물 기반 센싱레이어 제조 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 전기영동법에서 사용되는 용액은 수용액이고, 인가되는 전압과 전류는 각각 0~12V의 범위와 5mA의 전류이며,
상기 최종 센싱레이어는 10um 이내의 두께로 형성되도록 하는
휘발성 유기화합물의 분별 감지를 위한 그래핀옥사이드와 금속산화물 기반 센싱레이어 제조 방법.
- 제8항에 있어서,
상기 열처리 조건으로서, 상기 제1 구간은 100도에서 150도 사이의 온도에서 열처리되고, 상기 제2 구간은 100도의 온도에서 열처리되며, 상기 제3 구간은 200도의 온도에서 열처리되고, 상기 구간은 실온(RT: room temperature)에서 열처리되며, 상기 제5 구간은 200도의 온도에서 열처리되고, 열처리 시간은 1~2시간 범위인
휘발성 유기화합물의 분별 감지를 위한 그래핀옥사이드와 금속산화물 기반 센싱레이어 제조 방법.
- 청구항 2의 휘발성 유기화합물의 분별 감지를 위한 그래핀옥사이드와 금속산화물 기반 센싱레이어 제조 방법에 의해 제조되는 센싱레이어를 구비하는 센서.
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| 안호상 외. Single array 기반의 5종 VOCs 동시 분별감지 가능한 모니터링 센서(II). 한국건설기술연구원. pp. 1-44. |
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