KR101850903B1 - 습도 센서 및 이를 포함하는 습도 보정 가스 센서 - Google Patents

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KR101850903B1
KR101850903B1 KR1020160141814A KR20160141814A KR101850903B1 KR 101850903 B1 KR101850903 B1 KR 101850903B1 KR 1020160141814 A KR1020160141814 A KR 1020160141814A KR 20160141814 A KR20160141814 A KR 20160141814A KR 101850903 B1 KR101850903 B1 KR 101850903B1
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humidity
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humidity sensing
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김건태
김준영
주상욱
신지영
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울산과학기술원
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Abstract

본 발명은, 페로브스카이트 물질을 포함하여 습도를 정밀하게 측정할 수 있는 습도 센서를 제공한다. 본 발명의 일실시예에 따른 습도 센서는, 페로브스카이트 물질을 포함하고, 습도에 따라 저항이 변화하는 습도 감지부; 상기 습도 감지부의 일측 상에 위치하고, 상기 습도 감지부에 전류를 인가하는 전류 인가 단자부; 및 상기 습도 감지부의 타측 상에 위치하고, 상기 습도 감지부로부터 상기 전류에 따른 전압을 측정하는 전압 측정 단자부;를 포함한다.

Description

습도 센서 및 이를 포함하는 습도 보정 가스 센서{Humidity sensor and gas sensor with humidity correction having the same}
본 발명의 기술적 사상은 습도 센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 페로브스카이트 물질을 포함하는 습도 센서 및 이를 포함하는 습도 보정 가스 센서에 관한 것이다.
가스 센서는 가스 중에 함유된 특정 화학 물질을 검지하여 그 농도를 전기적 신호로 변환하여 검출하는 장치를 의미한다. 이러한 가스 센서는 가스의 종류에 따라 많은 방식이 있으며, 예를 들어 반도체 센서, 세라믹 습온 센서, 및 압전체 센서와 같이 가스의 흡착이나 반응에 의한 고체 물성의 변화를 이용하는 방식, 접촉 연소식 센서와 같이 연소열을 이용하는 방식, 고체 전해질 센서 및 전기화학 센서와 같이 전기화학 반응을 이용하는 방식, 및 적외선 흡수 센서와 같이 물리적인 특성값을 사용하는 방식이 있다. 그러나, 이러한 가스 센서가 동작하는 환경에서 수분을 완전히 제거하기는 어려우며, 따라서 검출된 가스 농도에 수분에 의한 오차가 발생할 수 있으므로, 측정 환경 내의 습도를 정확하게 검출할 필요가 있다.
이와 같이 습도를 측정하기 위한 장치로서, 습도 센서는 공기 중 또는 주어진 환경 내의 수분에 관련된 물리적 또는 화학적 현상을 이용하여 습도를 검출하는 장치이다. 이러한 습도 센서는 다양한 방식으로 작동하며, 예를 들어 수분이 다공질 세라믹스나 고분자막으로 흡수됨으로써 일어나는 전기저항이나 정전용량의 변화를 이용하거나, 진동자에 설치한 흡수 물질의 수분 흡수에 의한 중량 변화에 의한 진동자의 공진주파수의 변화를 이용하는 것이 있다. 그러나, 종래의 습도 센서는 센서의 기공과 같은 물리적 구조에 의존하므로, 센서의 감도가 낮은 한계가 있다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 페로브스카이트 물질을 포함하여 습도를 정밀하게 측정할 수 있는 습도 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 페로브스카이트 물질을 포함하여 습도를 정밀하게 측정할 수 있는 습도 센서부를 포함하는 습도 보정 가스 센서를 제공하는 것이다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 습도 센서는, 페로브스카이트 물질을 포함하고, 습도에 따라 저항이 변화하는 습도 감지부; 상기 습도 감지부의 일측 상에 위치하고, 상기 습도 감지부에 전류를 인가하는 전류 인가 단자부; 및 상기 습도 감지부의 타측 상에 위치하고, 상기 습도 감지부로부터 상기 전류에 따른 전압을 측정하는 전압 측정 단자부;을 포함한다,
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 페로브스카이트 물질은, 하기의 화학식 1의 화합물을 포함할 수 있다.
<화학식 1>
RETO5 +δ
상기 화학식 1에서, 상기 R은 희토류족 또는 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 E는 알카리토 금속족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 T는 전이금속에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, O는 산소이고, 상기 δ는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 1의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 화학식 1에서, 상기 R은 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd), 프라세오디뮴(Pr), 스칸듐(Sc), 사마륨(Sm), 가돌리늄(Gd), 유로퓸(Eu), 터븀(Tb), 에르븀(Er), 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 화학식 1에서, 상기 E는, 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 라듐(Ra) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 화학식 1에서, 상기 T는, 망간(Mn), 코발트(Co), 철(Fe), 구리(Cu), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 페로브스카이트 물질은, 하기의 화학식 2의 화합물을 포함할 수 있다.
<화학식 2>
REE'TO5 +δ
상기 화학식 2에서, 상기 R은 희토류족 또는 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 E 및 E'는 알카리토 금속족에서 선택된 서로 다른 원소들이고, 상기 T는 전이금속에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, O는 산소이고, 상기 δ는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 2의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 페로브스카이트 물질은, 하기의 화학식 3의 화합물을 포함할 수 있다.
<화학식 3>
RETT'O5 +δ
상기 화학식 3에서, 상기 Ln은 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함할 수 있고, 상기 E는 알카리토 금속족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함할 수 있고, 상기 T 및 T'는 전이금속에서 선택된 서로 다른 원소들을 포함할 수 있고, O는 산소이고, 상기 δ는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 3의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 페로브스카이트 물질은, 하기의 화학식 4의 화합물을 포함할 수 있다.
<화학식 4>
REE'TT'O5 +δ
상기 화학식 4에서, 상기 Ln은 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함할 수 있고, 상기 E 및 E'는 알카리토 금속족에서 선택된 서로 다른 원소들이고, 상기 T 및 T'는 전이금속에서 선택된 서로 다른 원소들을 포함할 수 있고, O는 산소이고, 상기 δ는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 4의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 페로브스카이트 물질은, NdBaCo2O5 +δ, PrBaCo2O5 +δ, SmBaCo2O5 +δ, GdBaCo2O5 +δ, NdSrCo2O5 +δ, PrSrCo2O5 +δ, SmSrCo2O5 +δ, GdSrCo2O5+δ, NdBa1 - xSrxCo2O5 +δ, PrBa1 - xSrxCo2O5 +δ, SmBa1 - xSrxCo2O5 +δ, GdBa1 - xSrxCo2O5 +δ, NdBaMn2 - yCoyO5 +δ, PrBaMn2 - yCoyO5 +δ, SmBaMn2 - yCoyO5 +δ, GdBaMn2 - yCoyO5 +δ, NdBa1 -xSrxMn2-yCoyO5+δ, PrBa1 - xSrxMn2 - yCoyO5 +δ, SmBa1 - xSrxMn2 - yCoyO5 +δ, 및 GdBa1 - xSrxMn2 -yCoyO5+δ (여기에서 x는 0 초과 1 미만의 수이고, y는 0 초과 2 미만의 수임), 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 페로브스카이트 물질은, 이중층 페로브스카이트 물질을 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 습도 보정 가스 센서는, 페로브스카이트 물질을 포함하고, 습도에 따라 저항이 변화하는 습도 감지부; 상기 습도 감지부의 일측 상에 위치하고, 상기 습도 감지부에 전류를 인가하는 전류 인가 단자부; 및 상기 습도 감지부의 타측 상에 위치하고, 상기 습도 감지부로부터 상기 전류에 따른 전압을 측정하는 전압 측정 단자부;를 포함하고, 습도를 측정하는 습도 센서부; 측정 대상 가스를 측정하는 가스 센서부; 및 상기 습도 센서부에서 측정된 습도의 농도를 이용하여 상기 가스 센서부에서 측정된 측정 대상 가스의 농도를 보정하는 제어부;를 포함한다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 페로브스카이트 물질은, 하기의 화학식 1의 화합물을 포함할 수 있다.
<화학식 1>
RETO5 +δ
상기 화학식 1에서, 상기 R은 희토류족 또는 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 E는 알카리토 금속족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 T는 전이금속에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, O는 산소이고, 상기 δ는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 1의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 페로브스카이트 물질은, 하기의 화학식 2의 화합물을 포함할 수 있다.
<화학식 2>
REE'TO5 +δ
상기 화학식 2에서, 상기 R은 희토류족 또는 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 E 및 E'는 알카리토 금속족에서 선택된 서로 다른 원소들이고, 상기 T는 전이금속에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, O는 산소이고, 상기 δ는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 2의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 페로브스카이트 물질은, 하기의 화학식 3의 화합물을 포함할 수 있다.
<화학식 3>
RETT'O5 +δ
상기 화학식 3에서, 상기 Ln은 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함할 수 있고, 상기 E는 알카리토 금속족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함할 수 있고, 상기 T 및 T'는 전이금속에서 선택된 서로 다른 원소들을 포함할 수 있고, O는 산소이고, 상기 δ는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 3의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 페로브스카이트 물질은, 하기의 화학식 4의 화합물을 포함할 수 있다.
<화학식 4>
REE'TT'O5 +δ
상기 화학식 4에서, 상기 Ln은 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함할 수 있고, 상기 E 및 E'는 알카리토 금속족에서 선택된 서로 다른 원소들이고, 상기 T 및 T'는 전이금속에서 선택된 서로 다른 원소들을 포함할 수 있고, O는 산소이고, 상기 δ는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 4의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.
본 발명의 일부 실시예들에 있어서, 상기 페로브스카이트 물질은, 이중층 페로브스카이트 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 습도 센서는 페로브스카이트 물질을 포함하는 습도 감지부를 포함하는 습도 센서 및 습도 보정 가스 센서를 제공할 수 있다. 상기 페로브스카이트 물질은 화합물 내에 결합되는 산소가 화학양론적으로 변동되는 구조이므로, 산소의 함량에 따라 화학구조적인 공극을 포함하게 된다. 따라서 표면 형상과 같은 물리적으로 형성되는 공극 외에도 화학 구조에 기인하는 공극을 더 제공할 수 있으므로 더 민감한 습기 측정을 구현할 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상에 따른 습도 센서 습도에 더 민감하고 정밀한 습도 측정 정보를 제공할 수 있고, 또한 본 발명의 기술적 사상에 따른 습도 보정 가스 센서는 습도 보정을 더 민감하고 정밀하게 구현할 수 있다.
상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 습도 센서를 도시하는 개략도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 습도 보정 가스 센서를 도시하는 블록도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 습도 센서의 작동 원리를 설명하는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 습도 센서에 적용되는 페로브스카이트 물질의 습도에 따른 전기 전도도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른, 도 1의 습도 센서의 습도 감지부를 구성하는 이중층 페로브스카이트 결정 구조를 도시한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른, 도 1의 습도 센서의 습도 감지부를 구성하는 이중층 페로브스카이트 결정 구조에서, 일부 원자가 치환된 경우를 도시하는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 습도 감지부의 제조 방법을 도시하는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 습도 센서(100)를 도시하는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 습도 센서(100)는 습도 감지부(110), 전류 인가 단자부(120), 전압 측정 단자부(130)를 포함한다. 또한, 습도 센서(100)는 전압 측정부(140), 연산부(150), 표시부(160), 및 전원(190)을 더 포함할 수 있다.
습도 감지부(110)는 습도에 따라 저항이 변화할 수 있다. 습도 감지부(110)는 습도가 흡착되기 용이한 페로브스카이트 물질을 포함할 수 있다. 상기 페로브스카이트 물질은 화합물 내에 결합되는 산소가 화학양론적으로 변동되는 구조이므로, 산소의 함량에 따라 화학구조적인 공극을 포함하게 된다. 따라서 표면 형상과 같은 물리적으로 형성되는 공극 외에도 화학 구조에 기인하는 공극을 더 제공할 수 있으므로 더 민감한 습기 측정을 구현할 수 있다. 이러한 습도 감지부(110)를 구성하는 물질에 대하여는 하기에 상세하게 설명하기로 한다.
전류 인가 단자부(120)는 습도 감지부(110)의 일측 상에 위치할 수 있고, 습도 감지부(110)에 전원(190)으로부터 공급된 전류를 인가할 수 있다. 전압 측정 단자부(130)는 습도 감지부(110)의 상기 일측과는 반대인 타측 상에 위치하고, 습도 감지부(110)에 인가된 전류에 따른 전압을 측정할 수 있다.
전류 인가 단자부(120) 및 전압 측정 단자부(130)는 전도성 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 구리, 알루미늄, 철, 니켈, 크롬, 팔라듐, 금, 은, 등의 금속이나 그라파이트, 그래핀, 탄소 나노 튜브 등의 탄소 물질을 포함할 수 있다. 전류 인가 단자부(120) 및 전압 측정 단자부(130)는 접착, 스퍼터링, 화학기상증착, 리프트 오프, 프린팅 등 다양한 방법을 이용하여 습도 감지부(110) 상에 형성될 수 있다.
전류 인가 단자부(120)에 의하여 전류가 인가되는 제1 영역 내에 전압 측정 단자부(130)에 의하여 전압이 측정되는 제2 영역이 포함될 수 있고, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역에 비하여 길이 또는 면적이 같거나 클 수 있다.
전압 측정부(140)는 전압 측정 단자부(130)에 연결되어 전압을 측정할 수 있다. 구체적으로 전류 인가 단자부(120)에 의하여 습도 감지부(110)에 인가된 전류에 대한 전압을 전압 측정부(140)에서 측정할 수 있다.
본 발명은 습도를 측정하기 위하여 상기 습도 감지부에 전류를 인가하고 이에 따른 전압을 측정하는 방식에 대하여 설명하고 있으나, 이는 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 습도 감지부에 전압을 인가하고 이에 따른 전류를 측정하는 방식도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.
연산부(150)는 전압 측정부(140)에서 측정된 전압과 인가된 전류를 이용하여 습도 감지부(110)의 저항 수치를 연산한다. 또한, 상기 저항 수치에 대한 습도 농도 수치를 연산할 수 있다. 연산부(150)는 상기 이러한 연산을 위하여 저항 수치와 습도 농도 수치에 관한 데이터 베이스를 더 포함할 수 있다. 상기 습도 농도 수치는 습도 분압으로 표시될 수 있다.
표시부(160)는 연산부(150)에 의하여 연산된 상기 저항 수치 또는 상기 습도 수치를 표시할 수 있다. 표시부(160)는 다양한 장치를 포함할 수 있고, 예를 들어 디스플레이 장치, 송수신 장치, 프린팅 장치 등을 포함할 수 있다.
전원(190)은 전류 인가 단자부(120)를 통하여 습도 감지부(110)에 전류를 인가하기 위한 전력을 공급할 수 있다. 전원(190)은 직류 전원 또는 교류 전원일 수 있으며, 습도 센서(100) 내에 위치하는 내장형이거나 습도 센서(100)의 외측에 위치하는 외장형일 수 있다.
본 발명의 기술적 사상은 연산부(150), 표시부(160), 및 전원(190)이 습도 센서(100) 내에 포함되는 구성을 포함하거나, 또는 연산부(150), 표시부(160), 및 전원(190)이 습도 센서(100)와는 별개의 장치로서 구성되어 연결된 구성을 포함할 수 있다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 습도 보정 가스 센서(200)를 도시하는 블록도이다.
도 2를 참조하면, 습도 보정 가스 센서(200)는 습도 센서부(210), 가스 센서부(220), 및 제어부(230)를 포함한다.
습도 센서부(210)는 습도를 측정하는 구조를 가질 수 있고, 예를 들어 도 1을 참조하여 설명한 습도 센서(100)와 실질적으로 동일한 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 습도 센서부(210)는, 습도에 따라 저항이 변화하는 습도 감지부; 상기 습도 감지부의 일측 상에 위치하고, 상기 습도 감지부에 전류를 인가하는 전류 인가 단자부; 및 상기 습도 감지부의 타측 상에 위치하고, 상기 습도 감지부로부터 상기 전류에 따른 전압을 측정하는 전압 측정 단자부;를 포함할 수 있다. 상기 습도 감지부는 습도가 흡착되기 용이한 페로브스카이트 물질을 포함할 수 있다. 이러한 상기 습도 감지부를 구성하는 물질에 대하여는 하기에 상세하게 설명하기로 한다
가스 센서부(220)는 측정 대상 가스를 측정할 수 있다. 이러한 가스 센서부(220)는 다양한 구조를 가질 수 있고, 측정 대상 가스의 종류를 감지하거나 또는 측정 대상 가스의 농도 또는 분압을 측정할 수 있다. 상기 측정 대상 가스는 다양한 가스를 포함할 수 있고, 예를 들어 이산화 탄소, 메탄 가스, 프로판 가스, 부탄 가스, 등을 포함할 수 있다.
제어부(230)는 습도 센서부(210)에서 측정된 습도의 농도를 이용하여 가스 센서부(230)에서 측정된 측정 대상 가스의 농도를 보정할 수 있다. 예를 들어, 측정 대상 가스의 농도로부터 상기 습도의 농도를 차감하여 보다 정밀한 측정 대상 가스의 농도를 제공할 수 있다. 상기 측정 대상 가스의 농도는 상기 측정 대상 가스의 분압으로 표시될 수 있고, 상기 습도의 농도는 상기 습도의 분압으로 표시될 수 있다. 상기 제어부는, 도 1을 참조하여 설명한 연산부(150), 표시부(160), 및 전원(190)의 구성들을 포함할 수 있다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 습도 센서의 작동 원리를 설명하는 개략도이다.
도 3의 (a)는 조밀 구조체가 건조 상태로부터 습윤 상태로 변하는 경우에 대하여 설명하고, 도 3의 (b)는 다공성 구조체가 건조 상태로부터 습윤 상태로 변하는 경우에 대하여 설명한다.
도 3을 참조하면, 습도가 높은 상태에서는 구조체의 표면이 습윤되고, OH- 또는 H3O+ 과 같은 이온들이 표면에 형성된다. 이러한 이온들은 전기적 전도 경로로서 양성자 전도 경로를 제공할 수 있다. 상기 양성자 전도 경로가 형성되는 반응을 수화(hydration), 프로톤 부가(protonation), 수분 흡수(water uptake) 등으로 지칭할 수 있다. 상기 양성자 전도 경로를 통하여, 양성자가 그로투스 메커니즘(Grotthuss mechanism)으로 전도될 수 있다. 상기 양성자 전도 경로를 통하여 전도되는 양성자는 구조체의 전제 전도도에 영향을 미치게 될 수 있다. 예를 들어, 도 3 의 (a) 및 (b)의 우측 그림과 같이, 습윤 환경일수록 양성자 전도 경로가 많아지거나, 두께가 커지거나, 길이가 길어짐에 따라 전체 전도도가 증가될 수 있다. 따라서, 양성자 전도 경로를 더 용이하게 형성하는 물질일수록, 더욱 민감하게 습도에 따라 저항이 변화하게 되고, 결과적으로 더욱 정밀하게 습도를 측정할 수 있다. 또한, 기공도를 증가시킨 물질일수록 표면적이 넓어지게 되어, 동일한 습도 조건에서 양성자 전도 경로를 더욱 많이 생성하는 것이 가능하므로 더욱 정밀하게 습도를 측정할 수 있다.
구체적으로, 도 3의 (a)와 같은 조밀 구조체는 건조 상태의 양성자 전도도 경로와 습윤 상태의 양성자 전도도 경로는 두께의 차가 존재한다고 하여도 길이는 거의 변화가 없게 된다. 그러나, 도 3의 (b)와 같은 다공성 구조체는 건조 상태의 양성자 전도도 경로는 입자들 표면의 얇은 선을 따르므로 상대적으로 긴 길이를 가지게 되지만, 습윤 상태의 양성자 전도도 경로는 입자들 표면의 두꺼운 선을 따르게 되므로, 길이가 짧아지게 되고 두께는 증가하게 되므로 이에 따라 양성자 전도도(즉, 전기 전도도)가 증가될 수 있다. 또한, 상기 조밀 구조체와 상기 다공성 구조체를 비교하면, 상기 다공성 구조체의 표면적이 더 크게 나타나므로 습도에 대하여 더 민감하게 전기 전도도가 변화될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 습도 센서에 적용되는 페로브스카이트 물질의 습도에 따른 전기 전도도의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4를 참조하면, 0 ℃ 내지 120 ℃ 범위에서 건조 상태인 경우에는 전기전도도가 거의 변화하지 않으나, 습윤 상태에서는 온도 저하에 따라 전기 전도도가 증가됨을 알 수 있다. 이는 상기 온도 범위에서 물 분자가 액체 상태로서 페로브스카이트 물질에 흡착될 수 있고, 온도 저하에 따라 물의 증기압인 낮아지므로 더 많은 물 분자가 흡착되어 전기 전도도 경로를 제공하기 때문으로 분석된다. 이러한 물 분자의 흡착 및 이에 따른 전기 전도도 변화가 있으므로, 페로브스카이트 물질은 습도 센서에 적용될 수 있다.
이하에서는, 습도 센서(100)의 습도 감지부(110)에 대하여 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명의 기술적 사상에 따른 습도 감지부(110)는 페로브스카이트 구조를 가질 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른, 도 1의 습도 센서(100)의 습도 감지부(110)를 구성하는 이중층 페로브스카이트 결정 구조를 도시한 개략도이다.
도 5를 참조하면, 습도 감지부(110)는 페로브스카이트 결정 구조 물질로 구성될 수 있고, 예를 들어 단일 페로브스카이트 결정 구조 물질 또는 이중층 페로브스카이트 결정 구조 물질로 구성될 수 있다.
이하에서는, 페로브스카이트 결정 구조 물질에 대하여 설명하기로 한다.
ABO3로 표현되는 단일 페로브스카이트(simple perovskite) 결정 구조는 큐빅 격자(cubic lattice)의 코너 위치인 A-자리(A-site)에 희토류 원소, 알카라인 희토류, 알카라인 등의 이온반경이 큰 원소들이 위치하고 있으며, 산소이온에 의해 12 배위수(CN, Coordination number)를 가진다. 큐빅 격자의 체심 위치인 B-자리(B-site)에는 Co 및 Fe과 같은 원자반경이 작은 전이금속이 위치하고 있으며, 산소이온에 의해서 8면체(6배위수)를 이루고 있다. 마지막으로 큐빅 격자의 각 면심에는 산소이온이 위치하고 있다.
이러한 단일 페로브스카이트(simple perovskite) 결정 구조는 일반적으로 A-자리(site)에 다른 물질이 치환될 경우 구조적인 변위가 발생하며, 주로 B-자리(site)에 위치한 원소를 중심으로 이의 최인접 산소이온(6개)으로 이루어지는 BO6의 8면체에서 구조적인 변이가 발생한다.
예를 들어, 수소 분위기에서 환원을 시키면, 단일 페로브스카이트 구조체는 이중층 페로브스카이트 구조체로 변화게 된다. 이런 이중충 페로브스카이트 구조체가 되면 산소 이온의 움직임이 빨라지고 열적 및 화학적 안정성이 향상될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이 이중층 페로브스카이트 결정 구조는, A-자리(site)에 두 원소 이상이 규칙적으로 배열된 결정 격자 구조로서, AA'BO5 +δ의 화학식을 가질 수 있다. 이러한 이중층 페로브스카이트 결정 구조 물질은 산소 공공 군집이 존재하여 이온의 움직임을 보다 용이하게 함으로써, 캐소드에 향상된 이온 전도성을 부여할 수 있다. 본 명세서에서 정렬 이중 페로브스카이트란 ABO3 형태의 일반적인 비정렬 단순 페로브스카이트에서 A자리 또는 B 자리 이온이 두 원소 이상으로 치환되어 있는 결정 격자 구조를 의미한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른, 도 1의 습도 센서의 습도 감지부를 구성하는 이중층 페로브스카이트 결정 구조에서, 일부 원자가 치환된 경우를 도시하는 개략도이다.
도 6에 나타낸 것과 같이, 이중층 페로브스카이트 구조는 A-자리(site)에 두 원소 이상이 규칙적으로 배열된 결정 격자 구조로서, AA'B2O5 +δ의 화학식을 가질 수 있다. 구체적으로, 이중층 페로브스카이트 구조를 가지는 란탄족 화합물은 기본적으로 [BO2]-[AO]-[BO2]-[A'O] 의 적층 순열이 c축을 따라 반복될 수 있다. 예를 들어, 상기 B는 망간(Mn)이고, 상기 A는 프라세오디뮴(Pr) 등을 포함하는 란탄족일 수 있고, 상기 A'는 바륨(Ba)일 수 있다. 또한, 상기 망간은 다른 전이 금속, 예를 들어 코발트로 치환될 수 있다. 이러한 치환이 발생하는 경우에는, 상기 이중층 페로브스카이트 구조는 AA'B2 - xB'xO5 +δ의 화학식을 가질 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 습도 감지부에 포함된 페로브스카이트 물질은 하기의 화학식 1의 화합물을 포함할 수 있다.
<화학식 1>
RETO5 +δ
상기 화학식 1에서, 상기 R은 희토류족 또는 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 E는 알카리토 금속족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 T는 전이금속에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, O는 산소이고, 상기 δ는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 1의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다. 상기 δ는 하기의 이중층 페로브스카이트 구조에서의 침입형 산소(interstitial oxygen)를 나타내고 구체적인 결정 구조에 따라 상기 δ의 값이 정해질 수 있다.
상기 화학식 1에서, 상기 R은, 예를 들어 란탄족 원소를 포함할 수 있고, 예를 들어 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd), 프라세오디뮴(Pr), 스칸듐(Sc), 사마륨(Sm), 가돌리늄(Gd), 유로퓸(Eu), 터븀(Tb), 에르븀(Er), 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 화학식 1에서, 상기 E는, 예를 들어 알칼리토 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어, 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba), 라듐(Ra) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
상기 화학식 1에서, 상기 T는, 예를 들어 전이 금속을 포함할 수 있고, 예를 들어 망간(Mn), 코발트(Co), 철(Fe), 구리(Cu), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
또한, 화학식 1의 화합물은 상기 R에 따라 다양한 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 1의 화합물은 NdBaCo2O5 +δ, PrBaCo2O5 +δ, SmBaCo2O5 +δ, GdBaCo2O5+δ, NdSrCo2O5 +δ, PrSrCo2O5 +δ, SmSrCo2O5 +δ, 또는 GdSrCo2O5 +δ로 표시되는 화합물일 수 있다. 또한, 상기 화합물이 바륨(Ba)이나 스트론튬(Sr)을 대신하여 다른 알카리토 금속을 포함하거나, 코발트(Co)를 대신하여 다른 전이금속을 포함하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.
본 발명의 일 구현예에 따른 습도 감지부에 포함된 페로브스카이트 물질은 하기의 화학식 2의 화합물을 포함할 수 있다.
<화학식 2>
REE'TO5 +δ
상기 화학식 2에서, 상기 R은 희토류족 또는 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, 상기 E 및 E'는 알카리토 금속족에서 선택된 서로 다른 원소들이고, 상기 T는 전이금속에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함하고, O는 산소이고, 상기 δ는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 2의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.
상기 화학식 2에서, 상기 E'는 E를 치환하는 물질이거나, 또는 도핑되는 도판트 물질일 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 2의 화합물은, 예를 들어 상기 E가 바륨(Ba)이고, 상기 E'가 스트론튬(Sr) 또는 칼슘(Ca)이고, 상기 T가 코발트(Co)일 수 있다. 이러한 경우, 스트론튬(Sr) 또는 칼슘(Ca)은 바륨(Ba)을 치환하는 물질로 기능하거나, 또는 추가적으로 도핑되는 도판트로 기능할 수 있다.
또한, 화학식 2의 화합물은, 예를 들어 RE1- xE'xTO5 +δ을 포함할 수 있고, 예를 들어 RBa1 - xSrxCo2O5 +δ와 같은 화합물을 포함할 수 있고, 여기에서 상기 x는 0 초과 1 미만의 수이다. 또한, 화학식 2의 화합물은, 예를 들어 RBa0 . 25Sr0 . 75Co2O5 + δ 와 같은 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 화학식 2의 화합물은, 상기 R에 따라 다양한 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 2의 화합물은, NdBa1 -xSrxCo2O5+δ, PrBa1 - xSrxCo2O5 +δ, SmBa1 - xSrxCo2O5 +δ, GdBa1 - xSrxCo2O5 + δ 로 표시되는 화합물을 포함할 수 있고, 예를 들어 NdBa0 . 25Sr0 . 75Co2O5 +δ, PrBa0 . 25Sr0 . 75Co2O5 +δ, SmBa0.25Sr0.75Co2O5+δ, 또는 GdBa0 . 25Sr0 . 75Co2O5 + δ 로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 화합물이 바륨(Ba)이나 스트론튬(Sr)을 대신하여 다른 알카리토 금속을 포함하거나, 코발트(Co)를 대신하여 다른 전이금속을 포함하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.
본 발명의 일 구현예에 따른 습도 감지부에 포함된 페로브스카이트 물질은 하기의 화학식 3의 화합물을 포함할 수 있다.
<화학식 3>
RETT'O5 +δ
상기 화학식 3에서, 상기 R은 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함할 수 있고, 상기 E는 알카리토 금속족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함할 수 있고, 상기 T 및 T'는 전이금속에서 선택된 서로 다른 원소들을 포함할 수 있고, O는 산소이고, 상기 δ는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 3의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.
상기 화학식 3에서, 상기 T 및 T'는 전이금속에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함할 수 있고, 예를 들어 망간(Mn), 코발트(Co), 철(Fe), 구리(Cu), 니켈(Ni), 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 T'는, 상기 화학식 3의 화합물에서, 상기 T의 위치를 차지하도록 상기 T를 치환하는 원소일 수 있다.
또한, 화학식 3의 화합물은, 예를 들어 RET2 - yT'yO5 +δ을 포함할 수 있고, 여기에서 상기 y는 0 초과 2 미만의 수이다. 또한, 화학식 3의 화합물은, 상기 R에 따라 다양한 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 3의 화합물은, NdBaMn2-yCoyO5+δ, PrBaMn2 - yCoyO5 +δ, SmBaMn2 - yCoyO5 +δ, 또는 GdBaMn2 - yCoyO5 + δ 로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 화합물이 바륨(Ba)이나 스트론튬(Sr)을 대신하여 다른 알카리토 금속을 포함하거나, 코발트(Co)를 대신하여 다른 전이금속을 포함하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.
본 발명의 일 구현예에 따른 습도 감지부에 포함된 페로브스카이트 물질은 하기의 화학식 4의 화합물을 포함할 수 있다.
<화학식 4>
REE'TT'O5 +δ
상기 화학식 4에서, 상기 Ln은 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함할 수 있고, 상기 E 및 E'는 알카리토 금속족에서 선택된 서로 다른 원소들이고, 상기 T 및 T'는 전이금속에서 선택된 서로 다른 원소들을 포함할 수 있고, O는 산소이고, 상기 δ는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 4의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.
상기 화학식 4에서, 상기 E'는 E를 치환하는 물질이거나, 또는 도핑되는 도판트 물질일 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 4의 화합물은, 예를 들어 상기 E가 바륨(Ba)이고, 상기 E'가 스트론튬(Sr) 또는 칼슘(Ca)이고, 상기 T가 코발트(Co)일 수 있다. 이러한 경우, 스트론튬(Sr) 또는 칼슘(Ca)은 바륨(Ba)을 치환하는 물질로 기능하거나, 또는 추가적으로 도핑되는 도판트로 기능할 수 있다.
상기 화학식 4에서, 상기 T 및 T'는 전이금속에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함할 수 있고, 예를 들어 망간(Mn), 코발트(Co), 철(Fe), 구리(Cu), 니켈(Ni), 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 상기 T'는, 상기 화학식 4의 화합물에서, 상기 T의 위치를 차지하도록 상기 T를 치환하는 원소일 수 있다.
또한, 화학식 4의 화합물은, 예를 들어 RE1- xE'xT2 - yT'yO5 +δ을 포함할 수 있고, 여기에서 상기 x는 0 초과 1 미만의 수이고, 상기 y는 0 초과 2 미만의 수이다. 또한, 화학식 4의 화합물은, 상기 R에 따라 다양한 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 화학식 4의 화합물은, NdBa1 - xSrxMn2 - yCoyO5 +δ, PrBa1 - xSrxMn2 - yCoyO5 +δ, SmBa1-xSrxMn2-yCoyO5+δ, 또는 GdBa1 - xSrxMn2 - yCoyO5 + δ 로 표시되는 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 화합물이 바륨(Ba)이나 스트론튬(Sr)을 대신하여 다른 알카리토 금속을 포함하거나, 코발트(Co)를 대신하여 다른 전이금속을 포함하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.
이하에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 습도 감지부의 제조 방법을 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 습도 감지부의 제조 방법을 도시하는 흐름도이다.
상기 습도 감지부는 하기의 방법으로 제조될 수 있다. 상기 습도 감지부의 일례로서, 상기 화학식 3의 화합물을, 구체적으로 PrBaMn1 . 6Co0 . 4O5 +δ 화합물을 포함하는 습도 감지부의 제조 방법을 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.
도 7을 참조하면, 상기 습도 감지부의 제조 방법(S100)은 복수의 금속 전구체들을 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계(S110), 상기 혼합물을 하소하는 단계(S120), 상기 하소된 혼합물을 환원하는 단계(S130), 및 상기 환원된 혼합물을 어닐링하여, 페로브스카이트 결정 구조 물질을 가지는 습도 감지부를 형성하는 단계(S140)를 포함한다.
상기 복수의 금속 전구체들을 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계(S110)는 하기와 같이 수행될 수 있다.
먼저, 원하는 페로브스카이트 결정 구조 물질, 예를 들어 상기 화학식 3의 화합물의 조성에 맞도록 복수의 금속 전구체들을 혼합한다. 이러한 혼합은 건식 방법을 이용하여 수행되거나 용매에 금속 전구체들을 혼합하는 습식 방법을 이용하여 수행될 수 있다.
상기 복수의 금속 전구체의 예는 화학식 3의 상기 습도 감지부를 구성하는 각 금속 성분인 Pr, Ba, Mn, Co는 각각의 질화물, 산화물, 할로겐화물 등을 사용할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 여기에서, Mn의 화학양론 계수 x를, 예를 들어 1.4 이상 내지 2.0 미만으로 다양하게 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 원하는 페로브스카이트 결정 구조 물질이 PrBaMn1 . 6Co0 . 4O5 + δ인 경우에는, Mn의 화학양론 계수 x를 1.6에 맞게 Mn 및 Co의 양을 조정할 수 있다.
상기 습식 방법에서 용매로서는 물을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 금속 전구체들을 용해 또는 혼합시킬 수 있는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들어 메탄올, 에탄올, 1-프로판올, 2-프로판올, 부탄올 등의 총 탄소수가 5 이하의 저급 알코올; 질산, 염산, 황산, 구연산 등의 산성 용액; 물; 톨루엔, 벤젠, 아세톤, 디에틸에테르, 에틸렌 글리콜 등의 유기용매; 등을 단독으로 혹은 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 혼합 공정은, 예를 들어 약 100℃ 내지 약 200℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 상기 혼합 공정은, 상기 금속 전구체들이 충분히 혼합될 수 있도록 교반하면서 약 1 시간 내지 약 12 시간 동안 수행할 수 있다. 상기 혼합 과정을 거친 후, 자발 연소 과정에 의해 초미세 고형물을 얻을 수 있다. 상기 혼합 과정과 용매 제거 및 이를 위하여 필요한 첨가제 부가는 예를 들어 글리신-질산염법(glycine nitrate process) 또는 페치니법(pechini method) 등으로 잘 알려져 있으니 여기서는 상술하지 않는다.
상기 혼합물을 하소하는 단계(S120)는, 공기 분위기에서, 예를 들어 약 800℃ 내지 약 1300℃ 범위의 온도에서, 예를 들어 약 900℃ 내지 약 1000℃ 범위의 온도에서, 예를 들어 약 950℃의 온도에서 약 1 시간 내지 약 12 시간 동안 수행될 수 있다.
상기 하소된 혼합물을 환원하는 단계(S130)는, 환원 가스 분위기에서, 예를 들어 약 700℃ 내지 약 900℃ 범위의 온도에서, 예를 들어 약 800℃의 온도에서, 약 1 시간 내지 약 12 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 환원 가스는 상기 하소된 혼합물을 환원하는 모든 종류의 가스를 포함할 수 있고, 예를 들어 수소 가스를 포함할 수 있다. 이러한 환원 공정을 통하여 습도 감지부에 포함된 페로브스카이트 결정 구조 물질을 구성하는 전이 금속이 표면으로 용출될 수 있다. 예를 들어, PrBaMn1.6Co0.4O5+δ의 코발트가 표면으로 용출되면서 금속으로서 존재할 수 있다.
상기 환원된 혼합물을 어닐링하여 습도 감지부를 형성하는 단계(S140)는, 산화 가스 분위기에서, 예를 들어 공기 분위기 또는 산소 분위기에서, 예를 들어 약 550℃ 내지 약 700℃ 범위의 온도에서, 예를 들어 약 600℃ 내지 약 650℃ 범위의 온도에서, 예를 들어 650℃의 온도에서, 약 1 시간 내지 약 12 시간 동안 수행될 수 있다. 상기 산화 가스는 상기 환원된 혼합물을 산화하는 모든 종류의 가스를 포함할 수 있고, 예를 들어 공기(질소와 산소의 혼합 가스) 또는 산소 가스를 포함할 수 있다. 상기 어닐링 동안에, 상기 페로브스카이트 결정 구조 물질에 포함되고 환원에 의하여 표면으로 용출된, 전이 금속이 산화되어 산화물을 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 환원 공정에 의하여 표면으로 용출된 코발트가 산화되어 코발트 산화물을 형성할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100: 습도 센서, 110: 습도 감지부, 120: 전류 인가 단자부,
130: 전압 측정 단자부. 140: 전압 측정부, 150: 연산부,
160: 표시부, 190: 전원, 200: 습도 보정 가스 센서,
210: 습도 센서부, 220: 가스 센서부, 230: 제어부,

Claims (16)

  1. 이중층 페로브스카이트 결정 구조 물질을 포함하고, 습도에 따라 저항이 변화하는 습도 감지부;
    상기 습도 감지부의 일측 상에 위치하고, 상기 습도 감지부에 전류를 인가하는 전류 인가 단자부; 및
    상기 습도 감지부의 타측 상에 위치하고, 상기 습도 감지부로부터 상기 전류에 따른 전압을 측정하는 전압 측정 단자부;
    을 포함하며,
    상기 습도 감지부는, 상기 이중층 페로브스카이트 결정 구조에 대응하는 하기 화학식 4의 화합물의 조성에 맞도록 혼합된 복수의 금속 전구체들이 하소된 후, 환원 공정에 의해 상기 이중층 페로브스카이트 결정 구조 물질의 표면으로 용출되는 전이 금속이 산화 가스 분위기에서 어닐링되어 산화된 이중층 페로브스카이트 물질을 포함하는 습도 센서.
    <화학식 4>
    REE'TT'O5+δ
    상기 화학식 4에서, 상기 R은 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함할 수 있고, 상기 E 및 E'는 알카리토 금속족에서 선택된 서로 다른 원소들이고, 상기 T 및 T'는 전이금속에서 선택된 서로 다른 원소들을 포함할 수 있고, O는 산소이고, 상기 δ는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 4의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 4에서, 상기 R은 이트륨(Y), 네오디뮴(Nd), 프라세오디뮴(Pr), 스칸듐(Sc), 사마륨(Sm), 가돌리늄(Gd), 유로퓸(Eu), 터븀(Tb), 에르븀(Er), 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 습도 센서.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 4에서, 상기 E는 바륨(Ba)이고, 상기 E'는 칼슘(Ca) 또는 스트론튬(Sr)인 습도 센서.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 4에서, 상기 T 및 T'는 망간(Mn), 코발트(Co), 철(Fe), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 이들의 혼합물을 포함하는, 습도 센서.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 페로브스카이트 물질은, NdBa1-xSrxMn2-yCoyO5+δ, PrBa1-xSrxMn2-yCoyO5+δ, SmBa1-xSrxMn2-yCoyO5+δ, 및 GdBa1-xSrxMn2-yCoyO5+δ (여기에서 x는 0 초과 1 미만의 수이고, y는 0 초과 2 미만의 수임), 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 습도 센서.
  10. 삭제
  11. 이중층 페로브스카이트 결정 구조 물질을 포함하고, 습도에 따라 저항이 변화하는 습도 감지부; 상기 습도 감지부의 일측 상에 위치하고, 상기 습도 감지부에 전류를 인가하는 전류 인가 단자부; 및 상기 습도 감지부의 타측 상에 위치하고, 상기 습도 감지부로부터 상기 전류에 따른 전압을 측정하는 전압 측정 단자부;를 포함하고, 습도를 측정하는 습도 센서부;
    측정 대상 가스를 측정하는 가스 센서부; 및
    상기 습도 센서부에서 측정된 습도의 농도를 이용하여 상기 가스 센서부에서 측정된 측정 대상 가스의 농도를 보정하는 제어부;
    를 포함하며,
    상기 습도 감지부는, 상기 이중층 페로브스카이트 결정 구조에 대응하는 하기 화학식 4의 화합물의 조성에 맞도록 혼합된 복수의 금속 전구체들이 하소된 후, 환원 공정에 의해 상기 이중층 페로브스카이트 결정 구조 물질의 표면으로 용출되는 전이 금속이 산화 가스 분위기에서 어닐링되어 산화된 이중층 페로브스카이트 물질을 포함하는 습도 보정 가스 센서.
    <화학식 4>
    REE'TT'O5+δ
    상기 화학식 4에서, 상기 R은 란탄족에서 선택된 하나 또는 그 이상의 원소들을 포함할 수 있고, 상기 E 및 E'는 알카리토 금속족에서 선택된 서로 다른 원소들이고, 상기 T 및 T'는 전이금속에서 선택된 서로 다른 원소들을 포함할 수 있고, O는 산소이고, 상기 δ는 0 또는 1 이하의 양수로서, 상기 화학식 4의 화합물을 전기적 중성으로 하는 값이다.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210050386A (ko) 2019-10-28 2021-05-07 광운대학교 산학협력단 실온에서 에어로졸 증착에 의한 페로브스카이트-유도 초민감도와 고안정 습도 센서 시스템

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