KR101797874B1 - Poisonous gas sensor capable of electrical sensing and optical sensing simultaneously, and method of fabricating thereof - Google Patents

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이내응
타이 유이 르
정동준
윤승균
황병웅
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성균관대학교산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a harmful gas sensor capable of simultaneously performing electrical sensing and optical sensing, and a method for manufacturing the same. The present invention relates to the gas sensor of high performance, capable of simultaneously performing electrical detection and optical detection of harmful gas by using reduced graphene oxide (R-GO) and bromophenol blue (BPB).

Description

전기적 감지 및 광학적 감지가 동시에 가능한 유해 가스 감지 센서, 및 이의 제조 방법 {POISONOUS GAS SENSOR CAPABLE OF ELECTRICAL SENSING AND OPTICAL SENSING SIMULTANEOUSLY, AND METHOD OF FABRICATING THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a noxious gas detection sensor capable of simultaneously detecting an electrical signal and an optical signal, and a method of manufacturing the same,

본 발명은 전기적 감지 및 광학적 감지가 동시에 가능한 유해 가스 감지 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a noxious gas detection sensor capable of simultaneous electrical sensing and optical sensing, and a method of manufacturing the same.

본 발명은 환원된 산화그래핀(R-GO)과 브로모페놀 블루(BPB)의 적층 구조를 이용하여 유해가스의 전기적 검출과 광학적 검출이 동시에 가능한 고성능의 가스 감지센서에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a high-performance gas sensor capable of simultaneously performing electrical detection and optical detection of noxious gas using a laminated structure of reduced graphene oxide (R-GO) and bromophenol blue (BPB).

최근 물리, 화학, 생물학 센서의 급격한 기술 발전으로 스마트 기능이 탑재된 시계, 안경, 밴드, 패치 등 스마트기기의 개발 속도와 인기가 급격히 증가해왔다. 가스센서의 경우 주변 환경 상태는 물론 인체에 유해한 가스 또는 증기를 검출 및 모니터링 가능하여, 위험한 수준에 도달할 경우 인간에게 경고를 제공하는 가스센서의 기술은 많은 관심을 받고 있다. 이러한 가스센서를 최근에는 스마트 웨어러블 플랫폼에 탑재하기 위한 수많은 노력을 하고 있으나 아직 여러 가지 해결해야 할 많은 문제점들이 있다. Recent rapid development of physics, chemistry and biosensors has led to a rapid increase in the speed and popularity of smart devices such as watches, glasses, bands, and patches with smart functions. In the case of a gas sensor, the technology of a gas sensor that can detect and monitor harmful gases or vapors as well as environmental conditions and provide a warning to humans when a dangerous level is reached has received much attention. Recently, many efforts have been made to mount such a gas sensor on a smart wearable platform, but there are still many problems to be solved.

웨어러블 센서로 적용하기 위해서는 가볍고 낮은 전력소비량을 가져야 하며, 피부 또는 옷 등에 부착이 잘 될 수 있도록 유연성을 가져야 하고, 미관을 해치지 않기 위한 투명성, 집 또는 작업장 등 여러 환경에서의 작동 가능성 등이 먼저 해결되어야 한다. 또한, 유해가스를 다양한 방법으로 검출하여 센서의 검출 결과를 검증하거나 보정하는 기술은 결과에 대한 신뢰성을 높이기 위해 꼭 필요한 요소 중 하나로, 검출 성능을 향상시키기 위해서는 더 나은 감지 소재 또는 검출 방법의 개발이 시급한 상황이다.To be applied as a wearable sensor, it must be lightweight, low power consumption, flexible enough to be attached to skin or clothes, transparency to avoid aesthetics, possibility of operation in various environments such as home or workplace . In addition, the technology for detecting and correcting the detection result of the sensor by detecting the harmful gas in various ways is one of the essential factors for enhancing the reliability of the result. In order to improve the detection performance, development of a better sensing material or detection method It is an urgent situation.

본 발명의 목적은 기존 기술과는 차별화된 센서 제조기술과 접근방법으로 종래기술의 문제점을 해결하고 센서의 성능 향상을 극대화하기 위한 방법으로 유해가스를 전기적, 광학적 방법으로 동시에 감지할 수 있는 새로운 개념의 유해가스 감지센서를 제조하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a sensor manufacturing technology and an approach method differentiated from the existing technology and to solve the problems of the related art and to maximize the performance improvement of the sensor, Of the present invention.

기존의 센서는 동작 가능한 범위가 좁거나 작동 환경(스트레인, 습도 등)에 따라 측정이 불가능 경우가 있었으나, 본 발명의 기술은 환원된 산화그라핀(R-GO)과 브로모페놀 블루(BPB) 물질을 결합하여 대상 감지가스와 브로모페놀 블루가 상호작용할 때 일어나는 색변환을 이용한 광학적 검출과 함께 이때 상호작용에 의한 전기화학적 변화에 의한 산화 그라핀의 전기저항 변화를 동시에 검출할 수 있는 센서를 하나의 기재 상에 제조하여, 습도에 제약을 받지 않고 변형이 가해지는 상태에서나 파워가 없는 급박한 상황에서도 유해가스의 감지가 가능하며, Interdigitated Electrode Array(IEA) 전극 패턴 구조를 활용하여 센서의 민감성과 응답성을 크게 향상시킬 수 있다.However, the present invention has been made in view of the fact that the present invention can be applied to the case of using reduced oxidized graphene (R-GO) and bromophenol blue (BPB) A sensor that can simultaneously detect the change in electrical resistance of oxidized graphene due to electrochemical changes due to interaction with the optical detection using the color conversion that occurs when the target sensing gas interacts with the bromophenol blue. It is possible to detect harmful gas even in case of imposition of strain without power restriction or power impermissible. It is possible to detect the sensitivity of sensor by using Interdigitated Electrode Array (IEA) electrode pattern structure. And the response can be greatly improved.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 감지 및 광학적 감지가 동시에 가능한 유해 가스 감지 센서는, 기판; 상기 기판 상에 형성된 전극층; 상기 전극층 상에 형성된 R-GO(Reduced Graphene Oxide) 층; 상기 R-GO 층 상에 형성된 BPB(bromophenol blue) 층을 포함하고, 상기 BPB 층과 대상가스와의 전기화학적 상호작용에 따른 BPB층의 색변화 및 R-GO 층의 전기적 변화가 동시에 일어나게 되고, 이를 감지하여 광학적 및 전기적 감지가 가능하다.According to an embodiment of the present invention, a hazardous gas detection sensor capable of simultaneously performing electrical sensing and optical sensing includes a substrate; An electrode layer formed on the substrate; An R-GO (Reduced Graphene Oxide) layer formed on the electrode layer; And a BPB (bromophenol blue) layer formed on the R-GO layer. The color change of the BPB layer and the electrical change of the R-GO layer due to the electrochemical interaction between the BPB layer and the target gas occur simultaneously, Optical and electrical sensing is possible by detecting this.

상기 기판은 유연성 기판이 이용되는 것이 바람직하다.The substrate is preferably a flexible substrate.

상기 전극층은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴인 2개의 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성한다.The electrode layer is composed of two electrode patterns, i.e., a first electrode pattern and a second electrode pattern. The first electrode pattern and the second electrode pattern are electrically insulated from each other to form an interdigitated electrode pattern .

상기 R-GO 층은 자가 조립에 의해 형성되는 것이 바람직하다.The R-GO layer is preferably formed by self-assembly.

상기 BPB 층은 상기 R-GO 층의 패시베이션(passivation) 층으로 이용될 수 있다.The BPB layer may be used as a passivation layer of the R-GO layer.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 감지 및 광학적 감지가 동시에 가능한 유해 가스 감지 센서의 제조 방법은, 기판을 준비하는 단계; 상기 준비된 기판 상에 전극층을 형성하는 단계; 상기 전극층이 형성된 기판 상에 R-GO 층을 형성하는 단계; 및 상기 R-GO 층 상에 BPB 층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 BPB 층과 대상가스와의 전기화학적 상호작용에 따른 BPB층의 색변화 및 R-GO 층의 전기적 변화가 동시에 일어나게 되고, 이를 감지하여 광학적 및 전기적 감지가 가능하다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing a noxious gas sensing sensor capable of simultaneously performing electrical sensing and optical sensing, comprising: preparing a substrate; Forming an electrode layer on the prepared substrate; Forming an R-GO layer on the substrate on which the electrode layer is formed; And forming a BPB layer on the R-GO layer, wherein a color change of the BPB layer and an electrical change of the R-GO layer occur simultaneously due to the electrochemical interaction between the BPB layer and the target gas, Optical and electrical sensing is possible by detecting this.

상기 기판은 유연성 기판이 이용되는 것이 바람직하다.The substrate is preferably a flexible substrate.

상기 전극층은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴인 2개의 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성한다.The electrode layer is composed of two electrode patterns, i.e., a first electrode pattern and a second electrode pattern. The first electrode pattern and the second electrode pattern are electrically insulated from each other to form an interdigitated electrode pattern .

상기 제 1 전극 패턴 및 상기 제 2 전극 패턴의 형성은, 상기 기판 상에 전극층을 코팅하는 단계; 상기 전극층이 코팅된 기판 상에 포토레지스트 마스크 패턴을 형성하는 단계; 산을 이용하여 상기 포토레지스트 마스크 패턴을 제외한 부분의 전극층을 제거하는 단계; 및 상기 포토레지스트 마스크 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.Forming the first electrode pattern and the second electrode pattern includes: coating an electrode layer on the substrate; Forming a photoresist mask pattern on the substrate coated with the electrode layer; Removing an electrode layer of the portion excluding the photoresist mask pattern using an acid; And removing the photoresist mask pattern.

상기 R-GO 층을 형성하는 단계는 자가 조립에 의해 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 자가 조립은, 투명 접착제를 이용해 상기 전극 상에 접착층을 형성하는 단계; 상기 접착층 상에 수용성 산화 그래핀(graphene oxide) 층을 형성시키는 단계; 상기 산화 그래핀을 환원시키는 단계를 포함한다. The step of forming the R-GO layer is preferably performed by self-assembly. The self-assembly includes: forming an adhesive layer on the electrode using a transparent adhesive; Forming a water soluble graphene oxide layer on the adhesive layer; And reducing the graphene oxide.

상기 산화 그래핀을 환원시키는 단계는, 히드라진 증기에 노출시키고, 이후 질소 분위기에서 열 환원을 한다.The step of reducing the graphene oxide is performed by exposing to hydrazine vapor, followed by thermal reduction in a nitrogen atmosphere.

상기 R-GO 층 상에 BPB 층을 형성하는 단계는, 딥 코팅 방법으로 BPB 용액에 담금으로서 이루어진다.The step of forming the BPB layer on the R-GO layer is carried out by immersing the BPB solution in a dip coating method.

본 발명을 이용하여 제조한 유연성, 투명성을 갖는 유해가스 감지센서는 우수한 성능을 가지는 동시에 여러 작업 환경(온도, 습도, 스트레인 등)에서 적용이 가능한 센서로 전력공급이 어려운 상황 또는 빛이 없는 어두운 환경, 습도변화가 큰 작업장 등에서 사용이 가능한 센서이며, 유연성과 투명성을 동시에 확보하여 신체에 직접 부착 또는 입는 형식으로 활용이 가능하여 적용 가능한 분야가 무궁무진하다.The flexible and transparent noxious gas detection sensor manufactured using the present invention has excellent performance and is applicable to various working environments (temperature, humidity, strain, etc.) , And a sensor that can be used in a workplace with a large change in humidity. It is possible to use the sensor in a form that can be directly attached to the body or being worn by ensuring both flexibility and transparency.

본 발명에서는 Interdigitated Electrode Array(IEA) 상에 환원된 산화그라핀(R-GO)과 브로모페놀 블루(BPB)를 결합한 센서를 하나의 기재 상에 제조하여 유해가스를 전기적, 광학적인 두 가지 방법으로 동시에 감지가 가능한 센서로, 종래의 센서와 비교하였을 때 구조와 접근 방법이 다르며, 종래기술의 한계점이었던 작동 가능한 환경 및 범위와 민감성, 응답성, 신뢰성 등의 향상을 극대화 시킨 센서소자로 스마트 웨어러블 센서 플랫폼에 적용 가능한 새로운 개념의 유연성, 투명성 유해가스 감지센서이다.In the present invention, a sensor in which reduced graphene (R-GO) and bromophenol blue (BPB) are combined on an Interdigitated Electrode Array (IEA) is manufactured on one substrate and two kinds of electric and optical methods , Which is a sensor that can detect simultaneously. It has a structure and an approach different from conventional sensors. It is a sensor element that maximizes improvement of sensitivity, responsiveness and reliability, It is a new concept of flexibility, transparency and harmful gas sensor applicable to sensor platform.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 감지 및 광학적 감지가 동시에 가능한 유해 가스 감지 센서의 구조도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 감지 및 광학적 감지가 동시에 가능한 유해 가스 감지 센서의 제조 방법에 대한 순서도를 도시한다.
도 3은 본 발명에 따른 센서 동작 원리를 이해하고 분석하기 위해 제작한 박막트랜지스터 구조의 유해가스 감지센서를 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명성 유연성을 갖는 전기적/광학적 센서의 사진(좌측)과 IEA 구조를 갖는 센서를 광학현미경으로 본 이미지(우측)이다.
도 5는 R-GO(좌측)과 BPB/R-GO(우측)의 원자현미경 이미지다.
도 6은 산화그라핀, R-GO, 그리고 BPB/R-GO 모두 ITO 위에 성공적으로 형성이 잘 된 것을 라만 분광법을 이용하여 확인한 결과다.
도 7은 IEA 소자의 각 제조단계 및 상태에 따른 자외선-가시광선 분광광도계를 이용해 투과율을 측정한 결과다.
도 8은 BPB/R-GO IEA 구조의 가스센서를 제조하여 암모니아 가스의 감지 특성을 확인한 결과이다.
도 9는 BPB/R-GO IEA 구조의 가스 감지센서의 유연성 평가 결과이다.
도 10은 암모니아 가스 농도에 따른 BPB의 색상 변화를 카메라로 촬영한 광학이미지이다.
도 11은 가스 감지센서를 부분적으로 암모니아에 노출시켜 다양한 배경 색상과 밝기에서 색상의 변화를 확인한 결과이다.
다양한 실시예들이 이제 도면을 참조하여 설명되며, 전체 도면에서 걸쳐 유사한 도면번호는 유사한 엘리먼트를 나타내기 위해서 사용된다. 설명을 위해 본 명세서에서, 다양한 설명들이 본 발명의 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나 이러한 실시예들은 이러한 특정 설명 없이도 실행될 수 있음이 명백하다. 다른 예들에서, 공지된 구조 및 장치들은 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위해서 블록 다이아그램 형태로 제시된다.
1 is a structural view of a noxious gas detection sensor capable of simultaneously performing electrical sensing and optical sensing according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a noxious gas detection sensor capable of simultaneously performing electrical sensing and optical sensing according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 illustrates a noxious gas sensing sensor of a thin film transistor structure fabricated to understand and analyze the principle of operation of the sensor according to the present invention.
4 is a photograph (left side) of an electrical / optical sensor having transparency flexibility according to an embodiment of the present invention and an image (left side) showing an optical microscope of a sensor having an IEA structure.
Figure 5 is an atomic force microscope image of R-GO (left) and BPB / R-GO (right).
FIG. 6 shows the results of Raman spectroscopy for successfully forming oxide graphene, R-GO, and BPB / R-GO on ITO.
FIG. 7 is a result of measuring transmittance using an ultraviolet-visible light spectrophotometer according to each manufacturing step and condition of the IEA device.
Fig. 8 shows the results of the detection of the ammonia gas detection characteristic by manufacturing a gas sensor having a BPB / R-GO IEA structure.
9 shows the results of the flexibility evaluation of the gas sensor of the BPB / R-GO IEA structure.
10 is an optical image of a color change of BPB according to ammonia gas concentration, taken by a camera.
FIG. 11 is a result of exposing the gas sensor to ammonia in part to check the change of color in various background colors and brightness.
Various embodiments are now described with reference to the drawings, wherein like reference numerals are used throughout the drawings to refer to like elements. For purposes of explanation, various descriptions are set forth herein to provide an understanding of the present invention. It is evident, however, that such embodiments may be practiced without these specific details. In other instances, well-known structures and devices are shown in block diagram form in order to facilitate describing the embodiments.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the term "comprises" or "having ", etc. is intended to specify that there is a feature, step, operation, element, part or combination thereof described in the specification, , &Quot; an ", " an ", " an "

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

본 발명은 환원된 산화그래핀(R-GO) 과 브로모페놀 블루(BPB)의 적층구조를 이용하여 유해가스의 전기적 검출과 광학적 검출이 동시에 가능한 고성능의 가스 감지센서에 관한 것이다. BPB의 대상가스에 의한 산화 및 환원 반응에 따른 dye 색깔의 변화, pH 변화에 따른 R-GO 층의 전기저항의 변화신호를 감지하여 유해가스를 광학적 및 전기적으로 동시에 검출할 수 있는 센서로, 사용자의 환경에 따라 두 가지 센서를 활용할 수 있어 활용성이 매우 크다. TECHNICAL FIELD The present invention relates to a high-performance gas sensor capable of simultaneously performing electrical detection and optical detection of noxious gas using a laminated structure of reduced graphene oxide (R-GO) and bromophenol blue (BPB). It is a sensor that can simultaneously detect noxious gas optically and electrically by sensing the change of dye color according to the oxidation and reduction reaction of BPB by the target gas and the change signal of the electrical resistance of R-GO layer according to pH change. It is very useful because it can utilize two sensors depending on the environment.

특히, 기존 R-GO 기반의 가스 감지센서는 여러 가지 유해가스(NO2, NH3, HCl, SO2, HF, H2 등)의 감지가 가능하지만 BPB를 동시에 사용하게 되면 선택성을 높일 수 있다. 특히 본 발명에서 소개하는 센서 소자는 투명성을 가져 외부에 드러나는 피부(얼굴, 목, 손목 등)에 부착하여도 투명하여 미관을 해치지 않아 부착형, 착용형 소자에 적용이 가능한 이점이 있다. In particular, existing R-GO based gas detection sensors can detect various harmful gases (NO 2 , NH 3 , HCl, SO 2 , HF, H 2, etc.) . In particular, the sensor device disclosed in the present invention has transparency and is transparent even when attached to the skin (face, neck, wrist, etc.) exposed to the outside, so that the sensor device can be applied to an attachable or wearable device.

본 유해가스 감지센서의 발명은 인간이 유해가스로부터 건강과 안전을 위해 꼭 개발이 되어야 할 스마트 센서로 기존의 센서와는 차별화된 매력적인 감지 방식을 보여준다.The present invention of this toxic gas sensor is a smart sensor that must be developed for human health and safety from harmful gas, and shows an attractive sensing method different from conventional sensors.

본 발명에서 목적을 달성하기 위해서 Interdigitated Electrode Array(IEA) 전극 패턴 구조를 활용하여 응답성과 민감성을 향상시킨 환원된 산화그라핀(R-GO) 기반의 전기적 측정이 가능한 센서소자와 브로모페놀 블루(BPB)를 이용한 광학적 측정이 가능한 센서소자를 하나의 기재 상에 제작함으로써 각 센서의 한계점을 상호 보완해주어 악한 환경조건에서도 작동이 가능한 유해가스 감지센서를 제조하였다. 범용성과 색상 변화를 쉽게 알아볼 수 있도록 투명하고 유연한 기재 및 소재를 활용하였다.In order to achieve the object of the present invention, a sensor element capable of electrical measurement based on reduced oxidized graphene (R-GO), which improves responsiveness and sensitivity using an interdigitated electrode array (IEA) electrode pattern structure, BPB) was fabricated on a single substrate to complement the limitations of each sensor to produce a noxious gas sensor capable of operating under unfavorable environmental conditions. Transparent and flexible substrates and materials were utilized to easily identify the versatility and color change.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 감지 및 광학적 감지가 동시에 가능한 유해 가스 감지 센서의 구조도를 도시한다.1 is a structural view of a noxious gas detection sensor capable of simultaneously performing electrical sensing and optical sensing according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 감지 및 광학적 감지가 동시에 가능한 유해 가스 감지 센서는, 기판(10); 전극층(30); R-GO 층(40); 및 BPB층(50)을 포함한다.According to an embodiment of the present invention, a hazardous gas detection sensor capable of simultaneously performing electrical sensing and optical sensing includes a substrate 10; An electrode layer 30; An R-GO layer 40; And a BPB layer 50.

기판(10)은 유연성 기판이 이용되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 유연성 고분자 기판, 플라스틱 기판 등이 이용 가능하다. 본 발명의 유해 가스 감지 센서는 웨어러블 스마트 장치에 장착되는 것 뿐만 아니라, 외부에 드러나는 피부(얼굴, 목, 손목 등)에 부착하여도 투명하여 미관을 해치지 않아 부착형, 착용형 소자에 적용이 가능해야 하므로, 이용되는 기판 역시 유연하고 투명한 기판이 이용되는 것이 바람직하다.The substrate 10 is preferably a flexible substrate. Specifically, a flexible polymer substrate, a plastic substrate, or the like can be used. The noxious gas detection sensor of the present invention is not only mounted on a wearable smart device but also transparent to a skin (face, neck, wrist, etc.) exposed to the outside, It is preferable that the substrate to be used is also a flexible and transparent substrate.

전극층(30)은 제 1 전극 패턴(31) 및 제 2 전극 패턴(32)인 2개의 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성한다. 도 1에서 전극층(30)에서 어느 한쪽의 전극 패턴이 제 1 전극 패턴(31)이 되고 나머지 전극 패턴이 제 2 전극 패턴(32)이 된다.The electrode layer 30 is composed of two electrode patterns, that is, a first electrode pattern 31 and a second electrode pattern 32. The first electrode pattern and the second electrode pattern are electrically insulated from each other, interdigitated electrode pattern. In FIG. 1, one of the electrode patterns of the electrode layer 30 becomes the first electrode pattern 31, and the other electrode pattern becomes the second electrode pattern 32.

제 1 및 제 2 전극 패턴은 서로 전기적으로 절연되어 있고 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴(IEA 패턴)을 형성한다. 이는 도 1에서 도시된 것처럼 제 1 전극 패턴과 제 2 전극 패턴이 기판 상에서 서로 절연되면서 맞물리도록 형성되어 있다. 이는 마치 빗(comb)과 같은 형상을 이루고 있다. 빗에서 각각의 살에 해당하는 부분이 복수의 전극을 이루고 있다.The first and second electrode patterns are electrically insulated from each other and form an interdigitated electrode pattern (IEA pattern). 1, the first electrode pattern and the second electrode pattern are formed so as to be insulated from each other on the substrate. It is shaped like a comb. A portion corresponding to each flesh in the comb constitutes a plurality of electrodes.

본 발명에서는 전기적 감지센서의 전극을 위에서 설명한 것과 같이 Interdigitated Electrode Array(IEA) 구조로 제작하여 유해가스의 감지가 가능한 표면적을 넓게 구현하여 매우 낮은 농도의 가스를 신속하게 검출이 가능하다. 즉, IEA 구조의 전극 패턴을 이용하여 응답성과 민감성이 향상되고, 또한 유연성도 확보할 수 있게 된다.In the present invention, the electrode of the electric sensor is manufactured by the Interdigitated Electrode Array (IEA) structure as described above, and the surface area enabling detection of the noxious gas is widely realized, so that the gas of very low concentration can be detected quickly. That is, using the electrode pattern of the IEA structure, the responsiveness and sensitivity can be improved, and also the flexibility can be ensured.

R-GO 층(40)은 전극층(30) 상에 형성되며, 이러한 R-GO 층은 자가 조립에 의해 형성된다. 이에 대해서는 뒤에서 더욱 자세히 설명하도록 하겠다. R-GO 층은 저항 변화에 따른 전기적 감지가 가능하다. The R-GO layer 40 is formed on the electrode layer 30, and this R-GO layer is formed by self-assembly. I will explain this in more detail later. The R-GO layer can be electrically sensed by resistance change.

BPB층(50)은 광학적 방법으로 유해 가스를 검출하는 부분이다. 이러한 광학적 감지센서의 원리로는 산성 또는 염기성을 띄는 가스분자가 BPB에 흡착이 되면 pH를 변화시켜 색상의 변화를 불러일으킨다. 또한, pH 변화에 따라 R-GO 층의 도핑효과가 유발되고 이에 의해 저항 변화를 야기한다. BPB가 가스와 전기화학적으로 작용하고 이에 의해 색변화가 일어나고 R-GO의 전기저항변화를 유발한다. BPB에 가스분자가 흡착되어 발생한 H+ 또는 OH-가 R-GO 층으로 이동하여 저항 변화를 유도하게 된다. BPB 박막의 두께가 두꺼우면 노이즈 신호가 심하여 얇은 박막에서 우수한 특성을 나타낸다.The BPB layer 50 is a part for detecting noxious gas by an optical method. The principle of this optical sensing sensor is to change the color by changing the pH when acidic or basic gas molecules are adsorbed on BPB. Also, the doping effect of the R-GO layer is caused by the pH change, thereby causing a resistance change. The BPB acts on the gas and electrochemically, which causes a color change and causes a change in the electrical resistance of the R-GO. H + or OH- generated by adsorption of gas molecules in the BPB moves to the R-GO layer and induces resistance change. If the thickness of the BPB thin film is large, the noise signal is strong and the thin film exhibits excellent characteristics.

BPB의 경우 기존에는 UV 환경에서만 센서로 이용되던 것이었다. 그러나, 본 발명에서는 BPB의 이용성을 확장하여 대기 환경(ambient condition)에서도 이용 가능하도록 적용하였다.In the case of BPB, it was previously used only as a sensor in UV environment. However, in the present invention, the usability of BPB is expanded to be applicable even in an ambient condition.

또한, BPB층이 광학적 감지 기능과 함께 R-GO 층(40)을 덮음으로써 R-GO 층에 대한 패시베이션(passivation) 층 역할도 동시에 하게 되었다. R-GO 기반의 가스 감지 센서는 습도에 영향을 많이 받고 습도가 높은 지역에서는 이용이 불가능하다는 문제점이 있었다. 본 발명에서는 BPB층을 이용해 이와 같은 패시베이션 역할을 통해 R-GO 층을 이용한 센서가 습도가 높은 환경에서 정상적으로 작동하지 못하는 습도에 취약한 문제를 추가적으로 해결할 수 있게 되었다.In addition, the BPB layer covers the R-GO layer 40 together with the optical sensing function, thereby simultaneously serving as a passivation layer for the R-GO layer. The gas sensor based on R-GO has a problem that it is affected by humidity and is not available in a high humidity region. In the present invention, by using the BPB layer, the sensor using the R-GO layer as a passivation layer can solve the problem of being inoperable in a high humidity environment.

이러한 본 발명에 따른 전기적 감지 및 광학적 감지가 동시에 가능한 유해 가스 감지 센서는 스마트 기기와 같은 스마트 장치에 장착 가능하며, 특히 웨어러블 장치에 적용 가능하여, 웨어러블 센서 또는 웨어러블 스마트 장치로 이용 가능할 것이다.The noxious gas detection sensor capable of simultaneously performing electrical sensing and optical sensing according to the present invention can be installed in a smart device such as a smart device and can be applied to a wearable device and thus can be used as a wearable sensor or a wearable smart device.

지금까지 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 감지 및 광학적 감지가 동시에 가능한 유해 가스 감지 센서에 대해 설명하였고, 이하에서는 이러한 센서를 제조하는 방법에 대해 설명하도록 하겠다. 위에서 설명한 부분과 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략하도록 하고, 방법적인 특징 위주로 설명하도록 하겠다. A noxious gas detection sensor capable of simultaneously performing electrical sensing and optical sensing according to an embodiment of the present invention has been described, and a method of manufacturing such a sensor will be described below. The description of the parts overlapping with those described above will be omitted, and the description will be focused on the method characteristic.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 감지 및 광학적 감지가 동시에 가능한 유해 가스 감지 센서의 제조 방법에 대한 순서도를 도시한다.2 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a noxious gas detection sensor capable of simultaneously performing electrical sensing and optical sensing according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 전기적 감지 및 광학적 감지가 동시에 가능한 유해 가스 감지 센서의 제조 방법은, 기판을 준비하는 단계(S 210); 상기 준비된 기판 상에 전극층을 형성하는 단계(S 220); 상기 전극층이 형성된 기판 상에 R-GO 층을 형성하는 단계(S 230); 및 상기 R-GO 층 상에 BPB 층을 형성하는 단계(S 240)를 포함한다. A method of manufacturing a noxious gas sensing sensor capable of simultaneously performing electrical sensing and optical sensing according to an embodiment of the present invention includes: preparing a substrate (S 210); Forming an electrode layer on the prepared substrate (S 220); Forming an R-GO layer on the substrate on which the electrode layer is formed (S 230); And forming a BPB layer on the R-GO layer (S 240).

S 210 단계에서는 기판을 준비하게 된다. 기판은 위에서 설명한 것처럼 유연하고 투명한 기판을 이용하는 것이 바람직하다.In step S 210, a substrate is prepared. The substrate is preferably a flexible and transparent substrate as described above.

S 220 단계에서는 준비된 기판 상에 전극층을 형성하게 된다. 전극층은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴인 2개의 전극 패턴으로 이루어져 있으며, 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성한다.In step S 220, an electrode layer is formed on the prepared substrate. The electrode layer is composed of two electrode patterns, that is, a first electrode pattern and a second electrode pattern. The first electrode pattern and the second electrode pattern are electrically insulated to form an interdigitated electrode pattern.

이러한 제 1 전극 패턴 및 상기 제 2 전극 패턴의 형성은, 기판 상에 전극층을 코팅하는 단계; 전극층이 코팅된 기판 상에 포토레지스트 마스크 패턴을 형성하는 단계; 산을 이용하여 포토레지스트 마스크 패턴을 제외한 부분의 전극층을 제거하는 단계; 및 포토레지스트 마스크 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.The formation of the first electrode pattern and the second electrode pattern includes: coating an electrode layer on a substrate; Forming a photoresist mask pattern on a substrate coated with an electrode layer; Removing an electrode layer of the portion excluding the photoresist mask pattern using an acid; And removing the photoresist mask pattern.

기판 상에 전극을 코팅하고 이후 감광액을 코팅하여 포토 공정으로 패턴을 만들어 포토레지스트 마스크 패턴을 형성하고, 산 용액을 이용해 전극층을 일부 제거하여 전극 패턴 구조를 만들고 마지막으로 포토레지스트 마스크 패턴을 제거하게 된다.An electrode is coated on a substrate and then a photosensitive liquid is coated to form a pattern by a photolithography process to form a photoresist mask pattern and an electrode layer is partially removed using an acid solution to form an electrode pattern structure and finally a photoresist mask pattern is removed .

S 230 단계에서는 전극층이 형성된 기판 상에 R-GO 층을 형성한다. R-GO 층을 형성하는 단계는 자가 조립에 의해 이루어진다. 이러한 자가 조립은 투명 접착제를 이용해 상기 전극 상에 접착층을 형성하는 단계; 상기 접착층 상에 수용성 산화 그래핀을 형성시키는 단계; 및 상기 산화 그래핀을 환원시키는 단계를 포함한다. 상기 산화 그래핀을 환원시키는 단계는 히드라진 증기에 노출시키고, 이후 질소 분위기에서 열 환원을 하게 된다. 구체적으로 산화 그래핀의 환원을 위해 40 내지 60의 온도에서 15 내지 20시간 동안 히드라진 증기에 노출시키고, 이후 열 환원을 위해 질소 분위기에서 110 내지 130의 온도에서 4-6시간 동안 가열하여 R-GO 형성을 마무리 하게 된다.In step S 230, an R-GO layer is formed on the substrate on which the electrode layer is formed. The step of forming the R-GO layer is performed by self-assembly. Such self-assembly may include forming an adhesive layer on the electrode using a transparent adhesive; Forming a water soluble oxidized graphene on the adhesive layer; And reducing the oxidized graphene. The step of reducing the graphene oxide is exposed to hydrazine vapor and then thermally reduced in a nitrogen atmosphere. Specifically, for the reduction of the oxidized graphene, the hydrazine vapor is exposed to the hydrazine vapor at a temperature of 40 to 60 for 15 to 20 hours, followed by heating at a temperature of 110 to 130 for 4 to 6 hours in a nitrogen atmosphere for thermal reduction, The formation is completed.

S 240 단계에서는 R-GO 층 상에 BPB 층을 형성한다. 상기 R-GO 층 상에 BPB 층을 형성하는 단계는 딥 코팅 방법으로 BPB 용액에 담금으로서 이루어진다.In step S 240, a BPB layer is formed on the R-GO layer. The step of forming the BPB layer on the R-GO layer is performed by immersing the BPB solution in a dip coating method.

이하에서는 구체적인 실시예와 함께 본 발명의 내용에 대해 더욱 자세히 설명하도록 하겠다.Hereinafter, the contents of the present invention will be described in detail with concrete examples.

도 1과 함께 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하도록 하겠다. 투명전극 ITO가 코팅되어있는 PET 기판(10)에 양성감광액 AZ-5214E를 스핀코팅 후 포토공정으로 포토레지스트 마스크(20) 패턴을 만들었다. 이후, 30% 농도의 HCl 용액을 이용하여 40~60초 정도의 충분한 시간동안 불필요한 부분의 ITO를 제거하고, 아세톤을 이용하여 포토레지스트 마스크로 사용했던 감광액을 충분히 제거한 후 산소플라즈마 처리를 통해 감광액 잔여물을 완벽히 없애주어 Interdigitated Electrode Array(IEA) 구조의 ITO 전극(30)을 형성하였다. 1, a specific embodiment of the present invention will be described. A positive photoresist AZ-5214E was spin-coated on a PET substrate 10 coated with a transparent electrode ITO, and then a photoresist mask 20 pattern was formed by a photolithography process. Subsequently, the ITO was removed for a sufficient time of about 40 to 60 seconds using a 30% HCl solution. After the photoresist mask used as a photoresist mask was sufficiently removed using acetone, the remaining portion of the sensitizing solution Water was completely removed to form an ITO electrode 30 having an interdigitated electrode array (IEA) structure.

이후, 전기 전도성을 갖는 R-GO를 형성할 수 있도록 다음과 같이 자가조립 공정 방법을 이용하여 다음과 같은 순으로 R-GO 을 형성한다. 첫째, Poly(diallyldimethylammonium chloride)(PDDA, 20% in water)를 드롭 코팅법을 이용하여 정전 접착 단일 층을 형성하였다. 둘째, 수용성 산화그라핀을 PDDA 상에 드롭 코팅법을 이용하여 형성시켰다. 셋째, 산화그라핀을 환원시키기 위하여 50의 온도에서 하이드라진 증기에 18시간 동안 노출시켰다. 마지막으로, 추가적으로 열 환원을 하기 위해 질소 분위기에서 120 온도로 5시간 동안 가열하여 R-GO(40) 층 형성을 마무리하였다. Then, the R-GO is formed in the following order by using the self-assembly process method as follows so that the R-GO having the electric conductivity can be formed. First, an electrodeposited monolayer was formed by drop coating of poly (diallyldimethylammonium chloride) (PDDA, 20% in water). Second, water soluble oxidized graphene was formed on the PDDA by drop coating. Third, the hydrazine vapor was exposed for 18 hours at a temperature of 50 to reduce oxidized graphene. Finally, the formation of the R-GO (40) layer was completed by additionally heating at 120 for 5 hours in a nitrogen atmosphere for thermal reduction.

이후, 광학적 감지를 위한 색변환 센서를 형성하기 위해 딥 코팅 방법으로 BPB(50) 용액에 약 5분 정도 담가두었다가 표면조도를 좀 더 향상시키기 위해 450rpm으로 2분 동안 코팅한 후 95도에서 5분정도 가열하여 유해가스 감지센서의 제조를 마친다. Then, to form a color conversion sensor for optical sensing, it was immersed in a BPB (50) solution for about 5 minutes by a dip coating method, and then coated at 450 rpm for 2 minutes to further improve the surface roughness. And the production of the noxious gas detection sensor is completed.

이후, BPB 층을 R-GO 층위에 형성하기 위해 딥 코팅 방법으로 BPB(50) 용액에 센서 소자를 약 5분 정도 담가놓아 R-GO와 BPB의 결합을 돕는다. 이후, 우수한 표면조도를 갖는 얇은 100 nm의 박막을 얻기 위해 스핀코팅 방법으로 450rpm에서 2분 동안 코팅을 진행한 후 95도에서 5분정도 가열하여 유해가스 감지센서의 제조를 마친다.Then, in order to form the BPB layer on the R-GO layer, the sensor element is immersed in the BPB (50) solution for about 5 minutes by a dip coating method to help the R-GO and BPB bond. Then, in order to obtain a thin 100 nm thin film having excellent surface roughness, the coating was performed at 450 rpm for 2 minutes by spin coating and then heated at 95 ° C. for 5 minutes to complete the manufacture of the noxious gas sensing sensor.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명성 유연성을 갖는 전기적/광학적 센서의 사진(좌측)과 IEA 구조를 갖는 센서를 광학현미경으로 본 이미지(우측)이다. PET를 포함하여 모든 물질이 투명성과 유연성을 가지므로 우수한 투과도와 유연성을 가짐을 확인할 수 있었다.4 is a photograph (left side) of an electrical / optical sensor having transparency flexibility according to an embodiment of the present invention and an image (left side) showing an optical microscope of a sensor having an IEA structure. All materials, including PET, have transparency and flexibility and thus have excellent permeability and flexibility.

도 5는 R-GO(좌측)과 BPB/R-GO(우측)의 원자현미경 이미지로, BPB를 추가적으로 형성하여도 nm 크기의 우수한 표면조도를 갖는 것을 확인할 수 있다.FIG. 5 is an atomic force microscope image of R-GO (left side) and BPB / R-GO (right side). It can be confirmed that even when BPB is additionally formed, the surface roughness of nm is excellent.

도 6은 산화그라핀, R-GO, 그리고 BPB/R-GO 모두 ITO 위에 성공적으로 형성이 잘 된 것을 라만 분광법을 이용하여 확인한 결과로, D, G, 2D, S3 픽 모두 라만 밴드와 각각 일치하는 것을 확인할 수 있었다.FIG. 6 shows that R-GO and BPB / R-GO were successfully formed on ITO by using Raman spectroscopy. As a result, the Raman spectra of D, G, 2D, .

도 7은 IEA 소자의 각 제조단계 및 상태에 따른 자외선-가시광선 분광광도계를 이용해 투과율을 측정한 결과로, (1) ~ (4)는 제조 과정에서 측정한 투과도와 (5), (6)은 암모니아 가스에 노출된 후의 투과도를 보여준다. 550nm의 가시광선 영역의 파장에서 모두 우수한 투과도를 가지는 것을 확인할 수 있으며, 유해가스가 감지되었을 때 작동이 잘 되는 것을 확인할 수 있었다.FIG. 7 shows the results of measurement of transmittance using an ultraviolet-visible light spectrophotometer according to the respective manufacturing steps and conditions of the IEA device, in which (1) to (4) Shows the permeability after exposure to ammonia gas. It was confirmed that all of the samples had good transmittance in the wavelength range of visible light of 550 nm, and it was confirmed that the operation was successful when noxious gas was detected.

도 8은 BPB/R-GO IEA 구조의 가스센서를 제조하여 암모니아 가스의 감지 특성을 확인한 결과이다. (a)결과는 25ppm의 암모니아를 습도 25% 환경에서 감지한 결과로 응답특성과 회복특성을 확인할 수 있으며, (b)결과는 암모니아의 농도에 따른 특성을 확인한 결과로 암모니아 5ppm, 10ppm, 20ppm, 40ppm 농도에 따른 감지 특성을 확인한 결과이다. (c), (d), (e), (f)결과는 25%, 50%, 80%, 95% 습도의 환경에서 암모니아 농도에 따른 감지결과를 확인한 결과로 80% 습도까지는 성능이 우수한 것을 확인할 수 있으나, 80% 습도 이상에서는 암모니아 가스의 검출 성능이 저하됨을 확인할 수 있다.Fig. 8 shows the results of the detection of the ammonia gas detection characteristic by manufacturing a gas sensor having a BPB / R-GO IEA structure. (a) The results showed that 25ppm ammonia was detected in a 25% humidity environment and the response and recovery characteristics were confirmed. (b) The results showed that the ammonia concentration was 5ppm, 10ppm, 20ppm, 40ppm concentration. The results of (c), (d), (e) and (f) show the results of the detection of ammonia concentration at 25%, 50%, 80% It is confirmed that the detection performance of ammonia gas is lowered at a humidity higher than 80%.

도 9는 BPB/R-GO IEA 구조의 가스 감지센서의 유연성 평가 결과로 (a)결과는 각각의 곡률반경에서 50번씩 반복 기계적 변형을 가해주며 R-GO의 저항의 변화를 측정한 결과이다. (b)결과는 0.95cm의 곡률반경과 1.9Hz의 주파수로 5,000번 반복 기계적 변형을 가해주며 저항을 실시간으로 측정한 결과로 변형 전과 후의 큰 저항 변화가 없음을 확인할 수 있다. (c), (d) 결과는 센서에 기계적 변형을 가해주는 동시에 20ppm의 암모니아 가스를 감지하는 특성을 보여준 결과로 (c)는 기계적 변형을 가한 상태에서 평가한 결과와 (d)는 5,000번 반복 기계적 변형을 가해주기 전과 후의 암모니아 가스를 감지하는 특성을 비교한 결과로, 기계적 변형에도 문제없이 작동을 잘 하는 것을 확인할 수 있다. 모든 평가는 25도 30% 습도의 공기 중에서 실시하였다.FIG. 9 shows the result of the flexibility evaluation of the gas sensor of the BPB / R-GO IEA structure. As a result, (a) shows a result of measuring the change in resistance of the R-GO with repeated mechanical deformation 50 times at each radius of curvature. (b) The result shows 5,000 repetitive mechanical deformations with a radius of curvature of 0.95cm and a frequency of 1.9Hz. As a result of measuring the resistance in real time, it can be confirmed that there is no large resistance change before and after the deformation. The results of (c) and (d) show the characteristics of sensing the ammonia gas at 20ppm while applying mechanical strain to the sensor. (c) is the result of evaluation under mechanical strain, and (d) As a result of comparing the characteristics of detecting ammonia gas before and after applying the mechanical deformation, it can be confirmed that it works well without mechanical deformation. All evaluations were performed in air at 25 ° C and 30% humidity.

도 10은 암모니아 가스 농도에 따른 BPB의 색상 변화를 카메라로 촬영한 광학이미지로 (a)는 BPB와 BPB/R-GO의 색상 변화를 비교한 결과이다. 제작 당시에 노란색을 띄고 있으며, 낮은 농도의 암모니아 가스와 반응하였을 때 초록색으로 변하며, 높은 농도의 암모니아 가스와 반응했을 때엔 파란색으로 색상이 변한다. R-GO 상에 BPB를 형성하여도 BPB와 비교하였을 때 색상 변화에 아무런 문제가 없는 것을 확인할 수 있다. (b), (c), (d), (e), (f), (g) 결과는 각각의 다른 습도에서 다양한 암모니아 가스 농도에 따른 BPB/R-GO IEA 구조의 가스 감지센서의 색상 변화를 확인한 결과로, 파란색을 띄는 가스 감지센서를 빨간색 점선으로 표시하였다.FIG. 10 is an optical image of a color change of BPB according to ammonia gas concentration taken by a camera. FIG. 10 (a) is a result of comparing the color change of BPB and BPB / R-GO. It is yellow at the time of production and turns green when reacted with ammonia gas at low concentration, and changes color to blue when reacted with ammonia gas at high concentration. Even when the BPB is formed on the R-GO, it can be confirmed that there is no problem in the color change when compared with the BPB. (b), (c), (d), (e), (f) and (g) show the color change of gas sensor of BPB / R-GO IEA structure according to various ammonia gas concentration at different humidity As a result, the blue gas sensor was marked with a red dotted line.

도 11은 가스 감지센서를 부분적으로 암모니아에 노출시켜 다양한 배경 색상과 밝기에서 색상의 변화를 확인한 결과로 여러 가지 환경에서도 검출 결과를 눈으로 쉽게 확인할 수 있음을 보여주는 결과이다.FIG. 11 is a graph showing that the detection results can easily be visually confirmed in various environments as a result of exposing the gas sensor to ammonia in part to check the change of color in various background colors and brightness.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다. The description of the disclosed embodiments is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present invention. Various modifications to these embodiments will be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments without departing from the scope of the invention. Thus, the present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features presented herein.

Claims (14)

기판;
상기 기판 상에 형성된 전극층;
상기 전극층 상에 형성된 환원된 산화그래핀층(R-GO, Reduced Graphene Oxide); 및
상기 환원된 산화그래핀층 상에 형성된 브로모페놀 블루층(BPB, bromophenol blue)을 포함하고,
상기 브로모페놀 블루층과 대상가스와의 전기화학적 상호작용에 따른 브로모페놀 블루층의 색변화 및 환원된 산화그래핀층의 전기적 변화가 동시에 일어나게 되고, 이를 감지하여 광학적 및 전기적 감지가 가능한,
전기적 감지 및 광학적 감지가 동시에 가능한 유해 가스 감지 센서.
Board;
An electrode layer formed on the substrate;
A reduced graphene oxide (R-GO) layer formed on the electrode layer; And
And a bromophenol blue (BPB) layer formed on the reduced oxidized graphene layer,
The color change of the bromophenol blue layer due to the electrochemical interaction between the bromophenol blue layer and the target gas and the electrical change of the reduced oxidized graphene layer occur at the same time and can be detected optically and electrically,
Hazardous gas sensor capable of simultaneous electrical and optical sensing.
제 1 항에 있어서,
상기 기판은 유연성 기판인,
전기적 감지 및 광학적 감지가 동시에 가능한 유해 가스 감지 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the substrate is a flexible substrate,
Hazardous gas sensor capable of simultaneous electrical and optical sensing.
제 1 항에 있어서,
상기 전극층은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴인 2개의 전극 패턴으로 이루어져 있으며,
상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성하는,
전기적 감지 및 광학적 감지가 동시에 가능한 유해 가스 감지 센서.
The method according to claim 1,
The electrode layer is composed of two electrode patterns, i.e., a first electrode pattern and a second electrode pattern,
Wherein the first electrode pattern and the second electrode pattern are electrically insulated and form an interdigitated electrode pattern,
Hazardous gas sensor capable of simultaneous electrical and optical sensing.
제 1 항에 있어서,
상기 환원된 산화그래핀층은 자가 조립에 의해 형성된,
전기적 감지 및 광학적 감지가 동시에 가능한 유해 가스 감지 센서.
The method according to claim 1,
The reduced oxidized graphene layer is formed by self-assembly,
Hazardous gas sensor capable of simultaneous electrical and optical sensing.
제 1 항에 있어서,
상기 브로모페놀 블루층은 상기 환원된 산화그래핀층의 패시베이션(passivation) 층으로 이용되는,
전기적 감지 및 광학적 감지가 동시에 가능한 유해 가스 감지 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the bromophenol blue layer is used as a passivation layer of the reduced oxidized graphene layer.
Hazardous gas sensor capable of simultaneous electrical and optical sensing.
제 1 항 내지 제 5 항에 중 어느 한 항에 따른 전기적 감지 및 광학적 감지가 동시에 가능한 유해 가스 감지 센서를 장착한, 웨어러블 스마트 장치.
A wearable smart device, equipped with a harmful gas sensing sensor capable of simultaneous electrical sensing and optical sensing according to any one of claims 1 to 5.
기판을 준비하는 단계;
상기 준비된 기판 상에 전극층을 형성하는 단계;
상기 전극층이 형성된 기판 상에 환원된 산화그래핀층을 형성하는 단계; 및
상기 환원된 산화그래핀층 상에 브로모페놀 블루층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 브로모페놀 블루층과 대상가스와의 전기화학적 상호작용에 따른 브로모페놀 블루층의 색변화 및 환원된 산화그래핀층의 전기적 변화가 동시에 일어나게 되고, 이를 감지하여 광학적 및 전기적 감지가 가능한,
전기적 감지 및 광학적 감지가 동시에 가능한 유해 가스 감지 센서의 제조 방법.
Preparing a substrate;
Forming an electrode layer on the prepared substrate;
Forming a reduced oxidized graphene layer on the substrate on which the electrode layer is formed; And
And forming a bromophenol blue layer on the reduced oxidized graphene layer,
The color change of the bromophenol blue layer due to the electrochemical interaction between the bromophenol blue layer and the target gas and the electrical change of the reduced oxidized graphene layer occur at the same time and can be detected optically and electrically,
A method of manufacturing a noxious gas detection sensor capable of simultaneous electrical sensing and optical sensing.
제 7 항에 있어서,
상기 기판은 유연성 기판인,
전기적 감지 및 광학적 감지가 동시에 가능한 유해 가스 감지 센서의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the substrate is a flexible substrate,
A method of manufacturing a noxious gas detection sensor capable of simultaneous electrical sensing and optical sensing.
제 7 항에 있어서,
상기 전극층은 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴인 2개의 전극 패턴으로 이루어져 있으며,
상기 제 1 전극 패턴 및 제 2 전극 패턴은 전기적으로 절연되어 있고, 각각 서로 맞물리는(interdigitated) 전극 패턴을 형성하는,
전기적 감지 및 광학적 감지가 동시에 가능한 유해 가스 감지 센서의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
The electrode layer is composed of two electrode patterns, i.e., a first electrode pattern and a second electrode pattern,
Wherein the first electrode pattern and the second electrode pattern are electrically insulated and form an interdigitated electrode pattern,
A method of manufacturing a noxious gas detection sensor capable of simultaneous electrical sensing and optical sensing.
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 전극 패턴 및 상기 제 2 전극 패턴의 형성은,
상기 기판 상에 전극층을 코팅하는 단계;
상기 전극층이 코팅된 기판 상에 포토레지스트 마스크 패턴을 형성하는 단계;
산을 이용하여 상기 포토레지스트 마스크 패턴을 제외한 부분의 전극층을 제거하는 단계; 및
상기 포토레지스트 마스크 패턴을 제거하는 단계를 포함하는,
전기적 감지 및 광학적 감지가 동시에 가능한 유해 가스 감지 센서의 제조 방법.
10. The method of claim 9,
The formation of the first electrode pattern and the second electrode pattern may be performed,
Coating an electrode layer on the substrate;
Forming a photoresist mask pattern on the substrate coated with the electrode layer;
Removing an electrode layer of the portion excluding the photoresist mask pattern using an acid; And
And removing the photoresist mask pattern.
A method of manufacturing a noxious gas detection sensor capable of simultaneous electrical sensing and optical sensing.
제 7 항에 있어서,
상기 환원된 산화그래핀층을 형성하는 단계는 자가 조립에 의해 이루어지는,
전기적 감지 및 광학적 감지가 동시에 가능한 유해 가스 감지 센서의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
The step of forming the reduced oxidized graphene layer may be performed by self-
A method of manufacturing a noxious gas detection sensor capable of simultaneous electrical sensing and optical sensing.
제 11 항에 있어서,
상기 자가 조립은,
투명 접착제를 이용해 상기 전극 상에 접착층을 형성하는 단계;
상기 접착층 상에 수용성 산화 그래핀층을 형성시키는 단계; 및
상기 산화 그래핀을 환원시키는 단계를 포함하는,
전기적 감지 및 광학적 감지가 동시에 가능한 유해 가스 감지 센서의 제조 방법.
12. The method of claim 11,
The self-
Forming an adhesive layer on the electrode using a transparent adhesive;
Forming a water-soluble oxide graphene layer on the adhesive layer; And
And reducing the graphene oxide.
A method of manufacturing a noxious gas detection sensor capable of simultaneous electrical sensing and optical sensing.
제 12 항에 있어서,
상기 산화 그래핀을 환원시키는 단계는,
히드라진 증기에 노출시키고, 이후 질소 분위기에서 열 환원을 하는,
전기적 감지 및 광학적 감지가 동시에 가능한 유해 가스 감지 센서의 제조 방법.
13. The method of claim 12,
The step of reducing the graphene oxide comprises:
Hydrazine vapor, followed by thermal reduction in a nitrogen atmosphere,
A method of manufacturing a noxious gas detection sensor capable of simultaneous electrical sensing and optical sensing.
제 7 항에 있어서,
상기 환원된 산화그래핀층 상에 브로모페놀 블루층을 형성하는 단계는,
딥 코팅 방법으로 BPB 용액에 담금으로서 이루어지는,
전기적 감지 및 광학적 감지가 동시에 가능한 유해 가스 감지 센서의 제조 방법.
8. The method of claim 7,
The step of forming a bromophenol blue layer on the reduced oxidized graphene layer comprises:
A dip coating method is used to dip into a BPB solution.
A method of manufacturing a noxious gas detection sensor capable of simultaneous electrical sensing and optical sensing.
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