KR101906063B1 - Colorimetric gas sensors and the fabrication method using three dimensional porous and stretchable scaffold substrate including colorimetric dyes - Google Patents

Colorimetric gas sensors and the fabrication method using three dimensional porous and stretchable scaffold substrate including colorimetric dyes Download PDF

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Abstract

색변화 염료가 기능화된 3차원 다공성 및 신축성 지지체 기반 색변화 가스 센서 및 그 제조 방법이 제시된다. 일 실시예에 따른 연신 가능한 색변화 가스 센서 제조 방법은, 염료 물질을 용매에 용해 또는 분산시켜 특정가스와 반응 시 색변화를 일으키는 용액 상태의 색변화 염료를 제조하는 단계; 연신 가능한 지지체를 절삭하여 색변화 센서용 지지체를 제조하는 단계; 상기 색변화 염료를 이용하여 상기 지지체에 염료 입자를 코팅하는 단계; 및 상기 색변화 염료가 코팅된 상기 지지체를 수득하여 건조시키는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. A color change gas sensor based on a three-dimensional porous and stretchable support functionalized with a color change dye and a manufacturing method thereof are presented. According to an embodiment, there is provided a method of fabricating an extendable color change gas sensor, comprising: preparing a color change dye in a solution state in which a dye material is dissolved or dispersed in a solvent to cause a color change upon reaction with a specific gas; Cutting the stretchable support to produce a support for a color change sensor; Coating dye particles on the support using the color change dye; And obtaining the support coated with the color change dye and drying the support.

Description

색변화 염료가 기능화된 3차원 다공성 및 신축성 지지체 기반 색변화 가스 센서 및 그 제조 방법{COLORIMETRIC GAS SENSORS AND THE FABRICATION METHOD USING THREE DIMENSIONAL POROUS AND STRETCHABLE SCAFFOLD SUBSTRATE INCLUDING COLORIMETRIC DYES}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a three-dimensional porous and stretchable support-based color change gas sensor functionalized with a color change dye, and a color change gas sensor using the same,

본 발명은 특정가스와 반응하여 색변화 반응을 보이는 염료를 3차원 다공성의 구조를 가지며, 동시에 신축성(stretching)을 나타내는 소재의 내부 및 표면에 기능화시킨 색변화 가스 센서용 부재, 색변화 가스 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a color change gas sensor member, a color change gas sensor, and a color change gas sensor, wherein a dye exhibiting a color change reaction by reacting with a specific gas has a three-dimensional porous structure and at the same time functionalizes the inside and surface of a material exhibiting stretching, And a manufacturing method thereof.

기술의 발전과 함께 산업전반으로 많은 화학물질이 사용되었고, 이에 따른 대기오염은 심각한 사회전반의 문제로 대두되고 있다. 특히, 산업현장에서 발생하는 대기오염원의 유출을 조기에 감지하기 위한 가스 센서의 개발이 활발히 진행되고 있다. 이와 더불어 최근에는 건강에 대한 지속적인 관심으로 인해 호흡과정에서 발생되는 날숨 내의 극소량의 생체지표(biomarker) 가스를 검지하여 특정 질병을 조기에 진단할 수 있는 호기가스 센서에 대한 연구 또한 이루어지고 있다. 인체의 내부에서 세포들의 반응에 의해 생성된 휘발성 유기 화합물(volatile organic compounds, VOCs)들은 혈액을 거쳐 폐로 운반되고 새로 공급된 들숨과의 기체 교환을 통해 입 밖으로 방출되게 된다. 따라서 날숨 속에는 황화수소, 암모니아, 일산화질소, 펜탄, 아세톤, 톨루엔 등과 같이 다양한 생체지표 가스들이 존재하며, 이러한 가스들은 각각 구취, 신장질환, 천식, 심장병, 당뇨병, 폐암에 대한 생체지표들로 보고되고 있다. 이러한 생체지표 가스들을 보다 효율적으로 감지하기 위해서 최근에는 특정가스에 노출시 육안으로 관찰이 가능한 색전이를 보이는 색변화 센서(colorimetric sensor)에 대한 연구가 왕성하게 진행되고 있다. With the development of technology, many chemicals have been used throughout the industry, and air pollution has become a serious social problem. Particularly, development of a gas sensor for early detection of the outflow of air pollution sources generated in an industrial field is actively under way. In addition, recently, there has been a study on an exhalation gas sensor capable of diagnosing a specific disease early by detecting a very small amount of biomarker gas in the exhalation generated in the respiration process due to continuous interest in health. Volatile organic compounds (VOCs) generated by the reaction of cells inside the body are transported through the blood to the lungs and released out of the mouth through gas exchange with the newly supplied breath. Therefore, a variety of biological surface gases such as hydrogen sulfide, ammonia, nitrogen monoxide, pentane, acetone, and toluene exist in the exhalation, and these gases are reported as biomarkers for bad breath, kidney disease, asthma, heart disease, diabetes, and lung cancer . Recently, a colorimetric sensor has been actively studied to detect these biomass surface gases more efficiently. The colorimetric sensor shows embolism that can be observed with naked eyes when exposed to a specific gas.

색변화 가스 센서는 염료로 쓰이는 물질이 분석하고자 하는 가스와 반응하여 밴드구조(band structure)에 영향을 받아 가시광선에 대한 흡수파장이 달라지면서 맨 눈으로 보여지는 색에 변화가 발생되어 육안으로도 특정가스의 존재유무를 판단할 수 있게 된다. 혹은 특정가스와 염료가 반응하여 형성되는 유색의 생성물이 표면에 다량 생성되면서, 색변화 특성을 가지게 된다. 색변화 가스 센서는 육안으로 색전이를 구분할 수 있기 때문에 기존의 전기저항식 가스 센서에 비해 추가적인 회로의 설계와 측정설비가 필요하지 않다는 장점이 있다. 또한, 테스트지(test slip) 형태로 간편하게 휴대하고 다닐 수 있어 실시간으로 가스를 모니터링 해낼 수 있다. The color change gas sensor reacts with the gas to be analyzed with the gas to be analyzed and is influenced by the band structure to change the absorption wavelength to visible light and change the color seen by the naked eye. The presence or absence of a specific gas can be judged. Or a colored product formed by the reaction of a specific gas with a dye is generated on the surface to have a color change characteristic. Since the color change gas sensor can distinguish the embolus by the naked eye, there is an advantage that the additional circuit design and measurement equipment are not needed compared with the conventional electric resistance gas sensor. In addition, it can be easily transported in the form of a test slip so that gas can be monitored in real time.

하지만, 날숨 속에 존재하는 1 ppm 미만의 극미량의 가스를 빠르게 측정할 수 있는 초고감도 특성을 보이는 색변화 센서 감지소재는 아직 상용화되지 않은 상황이며, 조기에 질병진단을 하는 날숨센서의 실현을 위해서는 무엇보다 극미량의 가스를 선택적으로 감지할 수 있는 감지소재의 개발이 시급한 실정이다. 고감도 색변화 센서 개발의 몇 가지 방식으로는 분자구조의 설계를 통한 염료 합성 혹은 나노사이즈의 형상 제어를 통한 비표면적의 향상과 같은 전략이 이루어져 왔다. 무엇보다도 높은 감도특성을 보이는 색변화 센서개발에는 대부분 복잡한 공정이 수반되기 때문에 공정을 단순화하여야 된다. 앞서 언급한 기존 방식들보다 보다 간편한 방식을 통해 색변화 센서의 성능향상을 가져온다면 단가 절감을 기대할 수 있고, 시장경쟁력 또한 증대시킬 수 있는 한가지 방법이 될 수 있다. However, color change sensor sensing materials that exhibit ultra-high sensitivity characteristics capable of quickly measuring extremely small amounts of gas in less than 1 ppm existing in the exhalation have not been commercialized yet. In order to realize an exhalation sensor for diagnosing diseases early, It is urgent to develop a sensing material capable of selectively sensing a trace amount of gas. Several methods for developing high sensitivity color change sensors have been developed, such as dye synthesis through the design of molecular structure or improvement of specific surface area through nano size shape control. Above all, development of a color change sensor that exhibits high sensitivity characteristics requires the simplification of the process because it involves complicated processes in most cases. If the performance of the color change sensor is improved by a simpler method than the conventional methods mentioned above, it can be expected to reduce the unit cost and provide a way to increase the market competitiveness.

3차원의 다공성 구조를 가지며 동시에 신축성을 띄는 소재는 많은 기공을 포함하고 있어 큰 비표면적을 제공할 뿐만 아니라, 어느 방향으로나 손쉽게 연신이 가능하고 절삭도 쉬워 취급이 매우 편리하다. 특히, 폴리우레탄 폼(polyurethane foam)은 값싼 가격에 대량생산하는 방법이 널리 알려져 있어 염료의 지지체로 도입하기에 기술 진입장벽이 낮은 편이다. 또한, 폴리우레탄 폼 속에 존재하는 수많은 기공들을 활용한다면 기체나 액체를 손쉽게 지지체 내부에 포함시킬 수도 있다. 이러한 특성을 활용하여 특정 용매에 이온화되거나 용매에 균일하게 부유하는 염료를 폴리우레탄 폼 내부에 간편히 코팅(coating) 시킬 수 있다. 상기 폴리우레탄 폼을 예로 들었지만, 이외에도 3차원의 다공성 구조와 신축성을 가진 물질이라면 특정 제약이 없이 색변화 염료가 기능화되는 지지체로 사용될 수 있을 것이다. A material having a three-dimensional porous structure and at the same time elasticity has many pores, which not only provides a large specific surface area, but also can be easily stretched in any direction and is easy to cut. Particularly, since polyurethane foam is widely known to be mass-produced at a low price, it is difficult to introduce technology into the support of dyes. In addition, if numerous pores are present in the polyurethane foam, gas or liquid can be easily incorporated into the support. By utilizing these characteristics, it is possible to easily coat a dye which is ionized in a specific solvent or suspended in a solvent uniformly in a polyurethane foam. Although the above-mentioned polyurethane foam is taken as an example, other materials having a three-dimensional porous structure and stretchability may be used as a support in which the color-changing dye functions without any particular limitation.

대표적으로, 아세트산 납(Lead(II) acetate(Pb(CH3COO)2))은 황화수소(H2S) 가스를 선택적으로 감지할 수 있는 염료로 알려져 있다. 따라서 이미 시중에서는 산업현장에서 황화수소 가스의 누출을 감지하기 위한 필름형태의 상품이 나와있다. 아세트산 납은 황화수소와 반응하여 황화납(PbS)를 형성시키게 되는데, 이는 기존의 아세트산 납이 가지는 흰색과 달리 짙은 갈색을 띠게 된다. 이러한 원리를 통하여 다양한 가스 종을 포함하는 대기에서도 선택적으로 황화수소를 감지하여 육안으로 관찰이 가능한 색변화를 일으키게 된다. 또한, 특정가스와 반응을 통해 염료의 흡광 파장이 시프팅(shifting)되거나 파장의 강도가 변하게 되면서 맨 눈으로도 색변화 진행의 유무가 판단이 되는 염료도 제한되지 않고 사용될 수 있다.Typically lead (II) acetate (Pb (CH 3 COO) 2 ) is known as a dye capable of selectively sensing hydrogen sulfide (H 2 S) gas. Therefore, in the market, there is a film type product to detect the leakage of hydrogen sulfide gas in the industrial field. Lead acetate reacts with hydrogen sulphide to form lead sulfide (PbS), which is dark brown, unlike the white lead of conventional lead acetate. Through this principle, hydrogen sulfide is selectively detected even in an atmosphere containing various gas species, causing color change that can be observed with the naked eye. Also, dyes which are judged by the naked eye to have a color change progression can be used without shifting the absorption wavelength of the dye through a reaction with a specific gas or changing the intensity of the wavelength.

이처럼 특정기체에 선택적으로 반응하는 염료들의 종류는 다양하게 존재한다. 하지만 검출 한계(detection limit)가 낮아 1 ppm 이하의 극미량의 가스를 감지해내지 못하여 실제 질병진단의 영역에서 활용되기에는 어려운 실정이다. 색변화 센서의 고감도 특성을 부여하기 위한 기존의 연구들은 앞서 언급했던 바와 같이 염료 자체의 개발이나 염료의 형상 제어 혹은 염료 지지체의 형상 제어에 한정되어 왔다. 하지만, 기존방식보다 간단하게 색변화 센서의 색전이 정도를 높여줄 수 있는 방법이 있다면 기존의 번거로운 공정과정들이 지니는 여러 가지 문제점들을 쉽게 극복할 수 있을 것이다.Thus, there are various kinds of dyes selectively reacting with a specific gas. However, since the detection limit is low, it is difficult to utilize the gas in the field of diagnosis because it can not detect a trace amount of gas below 1 ppm. Existing studies for imparting high sensitivity characteristics of the color change sensor have been limited to the development of the dye itself, the shape control of the dye or the shape control of the dye support as mentioned above. However, if there is a method that can increase the embossing degree of the color change sensor more easily than the conventional method, it will be able to easily overcome various troubles of the troublesome process.

본 발명의 목적은 특정가스에 색변화 반응을 보이는 염료가 3차원의 다공성 구조를 나타내며 신축성을 가진 지지체에 다양한 색 염료 코팅기법을 활용하여 균일하게 기능화시켜 제조된 색변화 센서의 합성에 관한 것으로, 구체적으로는 계면활성제의 자가배열을 이용해 염료를 물에 균일하게 분산시키거나 이온형태로 용매에 용해시킨 뒤, 지지체의 표면 및 내부에 침투시켜 손쉽게 염료가 표면 및 내부에 균일하게 결착된 색변화 센서를 제작하는 방법을 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a color change sensor fabricated by uniformly functionalizing a dye having a three-dimensional porous structure exhibiting a color change response to a specific gas using various color dye coating techniques on a stretchable support, Specifically, the dye is uniformly dispersed in water or dissolved in a solvent by self-alignment of a surfactant, and then penetrated into the surface and inside of the support, and the dye is easily and uniformly bound to the surface and the interior. And a method for manufacturing the same.

이는 종래에 제시된 염료 자체의 개발이나 염료의 형상 제어와는 크게 대비되는 간단한 방법이다. 나노구조를 가지는 감지소재 합성 관점에서 살펴보았을 때, 화학적 증착 방법, 화학적 성장 방법 그리고 물리적 증착 방법 등을 통하여 나노구조체를 제조하는 방법들이 다수 연구되어 왔다. 하지만 단순 코팅과정을 거쳐 염료가 코팅된 3차원 다공성 및 신축성 지지체를 사용하게 된 경우, 연신된 상태에서 특정가스에 노출된 후에 원상태의 복원을 통해 가스에 노출되어 색변화가 일어난 부분들이 특정영역으로 집중되게 된다. 이는 기존의 접근방식보다 간단하게 색변화 센서의 색전이 정도를 높여줄 수 있다. 이와 같이, 염료 지지체의 재료적 특성을 활용해 저비용으로 색변화 센서의 감도를 향상시킬 수 있다면 기존의 공정과정들이 지니는 문제점들을 쉽게 극복할 수 있다.This is a simple method which largely contrasts with the development of the conventional dye itself or the control of the shape of the dye. From the viewpoint of synthesizing a sensing material having a nanostructure, many methods for manufacturing a nanostructure through chemical vapor deposition, chemical growth, and physical vapor deposition have been studied. However, when a dye-coated three-dimensional porous and stretchable support is used through a simple coating process, portions exposed to gas through the restoration of the original state after being exposed to a specific gas in the elongated state, It becomes concentrated. This can increase the degree of embolization of the color change sensor more easily than the conventional approach. As described above, if the sensitivity of the color change sensor can be improved at low cost by utilizing the material characteristics of the dye support, the problems of the conventional process steps can be easily overcome.

일 실시예에 따른 연신 가능한 색변화 가스 센서는, 표면 또는 내부에 특정가스 분자와의 반응을 통해 색전이가 발생하는 색변화 염료가 기능화된 연신 가능한 지지체를 포함하여 이루어질 수 있다. The stretchable color change gas sensor according to an embodiment may include a stretchable support on which functionalized color change dyes are formed on the surface or inside thereof by reaction with specific gas molecules.

상기 지지체는, 다공성 구조와 신축성 특성을 가지는 3차원 다공성 및 신축성 지지체가 될 수 있다. The support may be a three-dimensional porous and stretchable support having a porous structure and stretch properties.

상기 지지체는, 연신되는 축 방향으로 1% 내지 300%의 가역적 연신율을 나타내고, 연신 후 수축 과정에서 색 염료의 집중 효과로 색변화 강도가 증가할 수 있다. The support exhibits a reversible elongation of 1% to 300% in the direction of the axis to be stretched, and the intensity of color change can be increased by the concentration effect of the color dye in the shrinking process after stretching.

상기 색변화 염료는, 상기 특정가스와의 반응 시 가시광선 영역에서의 파장 시프팅(shifting), 가시광선 영역 밖으로의 파장 시프팅 및 파장의 강도 변화 중 적어도 어느 하나 이상으로 인하여 색전이 특성을 보이는 물질을 포함할 수 있다. The color-changing dye is a coloring dye that has an embolus property due to at least one of wavelength shifting in the visible light region, wavelength shifting outside the visible light region, ≪ / RTI >

상기 지지체는 연신 가능한 다공성 폴리우레탄 폼으로 이루어지고, 상기 색변화 염료는, 0.1 nm 내지 10 ㎛의 직경범위를 가지는 입자 형태로 연신 가능한 다공성 폴리우레탄 폼의 표면 및 내부 중 적어도 어느 하나 이상에 균일하게 결착될 수 있다. Wherein the support is made of a stretchable porous polyurethane foam and the color change dye is uniformly dispersed in at least one of the surface and the interior of the stretchable porous polyurethane foam in the form of particles having a diameter range of 0.1 nm to 10 탆 Or the like.

상기 지지체는, 표면 및 내부에 100 nm 내지 1000 ㎛의 범위의 다수의 기공을 포함하며, 상기 기공은 타원형, 구형, 반구형, 및 반달형 중 적어도 어느 하나 이상의 형상을 가지며, 상기 기공을 통하여 기상, 액상 및 고상 중 적어도 어느 하나 이상의 물질을 담지 하거나 코팅이 가능하다. The support has a plurality of pores in the range of 100 nm to 1000 탆 on the surface and inside, and the pores have at least one of elliptical, spherical, hemispherical, and hemimorphic shapes, And at least one of a solid phase and a solid phase can be supported or coated.

상기 지지체는, 두께가 5 ㎛ 내지 10 cm의 범위를 가지며, 면적이 0.1 cm2 ~ 10 m2 의 범위를 가지고, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 원형, 타원형 및 불규칙한 다각형, 불규칙한 원형 중 적어도 어느 하나의 형태를 가질 수 있다. Wherein the support has a thickness in the range of 5 to 10 cm and has an area of 0.1 cm 2 to 10 m 2 and at least one of a triangular, square, rectangular, circular, elliptical, irregular polygon, And the like.

상기 색변화 염료는, 상기 색변화 염료의 함량이 용매 대비 중량 비율 0.01 wt% ~ 80 wt% 범위를 가지며, 특정 용매에 이온형태로 해리되어 용해되거나 용해되지 않고 균일하게 분산된 콜로이드 형태의 색변화 염료 용액을 나타낼 수 있다. The color-changing dye preferably has a color-changing dye content in the range of 0.01 wt% to 80 wt% relative to the solvent, dissolves in an ionic form in a specific solvent and does not dissolve or dissolve, Dye solution.

다른 실시예에 따른 연신 가능한 색변화 가스 센서 제조 방법은, 염료 물질을 용매에 용해 또는 분산시켜 특정가스와 반응 시 색변화를 일으키는 용액 상태의 색변화 염료를 제조하는 단계; 연신 가능한 지지체를 절삭하여 색변화 센서용 지지체를 제조하는 단계; 상기 색변화 염료를 이용하여 상기 지지체에 염료를 코팅하는 단계; 및 상기 색변화 염료가 코팅된 상기 지지체를 수득하여 건조시키는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a method of manufacturing an extendable color change gas sensor, comprising: preparing a color change dye in a solution state in which a dye material is dissolved or dispersed in a solvent to cause a color change upon reaction with a specific gas; Cutting the stretchable support to produce a support for a color change sensor; Coating a dye on the support using the color change dye; And obtaining the support coated with the color change dye and drying the support.

상기 지지체는, 다공성 구조와 신축성 특성을 가지는 3차원 다공성 및 신축성 지지체가 될 수 있다. The support may be a three-dimensional porous and stretchable support having a porous structure and stretch properties.

상기 색변화 염료를 이용하여 상기 지지체에 염료 입자를 코팅하는 단계는, 함침(dipping), 진공 필트레이션(vacuum filtration), 드롭 코팅(drop coating), 스핀 코팅(spin coating), 및 스프레이 코팅(spray coating) 중 적어도 어느 하나 이상을 이용하여 상기 색변화 염료를 상기 지지체에 결착시킬 수 있다. The step of coating the dye particles on the support using the color change dye may be performed by dipping, vacuum filtration, drop coating, spin coating, and spray coating. coating may be used to bind the color-changing dye to the support.

상기 색변화 염료를 이용하여 상기 지지체에 염료 입자를 코팅하는 단계는, 상기 코팅과정에서 상기 3차원 다공성 및 신축성 지지체의 기공에 포함된 기체를 제거하여, 용액 상태의 상기 색변화 염료에 해리되거나 균일하게 분산된 색변화 염료 입자의 확산이 상기 3차원 다공성 및 신축성 지지체의 내부까지 침투하여 균일하게 상기 색변화 염료의 결착이 이루어질 수 있다. The step of coating dye particles on the support using the color-changing dye may include removing gas contained in the pores of the three-dimensional porous and stretchable support in the coating process to dissolve the color- Diffusion of the color-change dye particles dispersed in the three-dimensional porous and stretchable support may penetrate into the interior of the three-dimensional porous and stretchable support to uniformly bind the color-change dye.

상기 색변화 염료가 코팅된 상기 지지체를 수득하여 건조시키는 단계는, 진공 필트레이션(vacuum filtration), 오븐(oven) 건조 및 자연 건조 방법 중 적어도 어느 하나 이상을 이용하여 상기 색변화 염료의 용액을 건조시킬 수 있다. The step of obtaining and drying the support coated with the color-changing dye may be performed by drying the solution of the color-changing dye using at least one of vacuum filtration, oven drying and natural drying methods .

상기 색변화 염료가 상기 지지체의 표면 및 내부 중 적어도 어느 하나 이상에 결착되어, 특정 가스에 노출되는 경우 색이 변화하여 색변화 가스 센서로 이용될 수 있다. When the color-changing dye binds to at least one of the surface and the interior of the support and is exposed to a specific gas, the color may change and be used as a color-change gas sensor.

또 다른 실시예에 따른 연신 가능한 색변화 가스 센서 제조 방법은, 대면적으로 색변화 염료가 결착된 3차원 다공성 및 신축성 지지체 기반 색변화 센서를 제조하기 위해 염료 물질을 용매에 용해 또는 분산시켜 특정가스와 반응 시 색변화를 일으키는 용액 상태의 색변화 염료를 제조하는 단계; 열가소성 폴리우레탄(thermoplatic polyurethane), 열가소성 엘라스토머(thermoplaistic Elastomer), 천연고무, 합성고무, 스판덱스, 하이드로젤(hydrogel), SBS(styrene-butaiene-styrene), 폴리다이메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 복합체를 지지체로 선정하고, 상기 색변화 염료를 이용하여 상기 지지체에 염료 입자를 코팅하는 단계; 상기 색변화 염료가 코팅된 상기 지지체를 수득하여 건조시키는 단계; 및 상기 색변화 염료가 코팅된 상기 지지체를 사용하기 용이한 크기로 절삭하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a process for producing a color changeable gas sensor comprising the steps of dissolving or dispersing a dye material in a solvent to produce a three-dimensional porous and stretchable support-based color change sensor having a color- Preparing a color change dye in a solution state causing a color change upon reaction with the dye; Any one of thermoplastic polyurethane, thermoplastic elastomer, natural rubber, synthetic rubber, spandex, hydrogel, styrene-butadiene-styrene (SBS), and polydimethylsiloxane Or two or more complexes as a support, and coating dye particles on the support using the color-changing dye; Obtaining and drying the support coated with the color change dye; And cutting the support coated with the color change dye to a size that is easy to use.

본 발명에 따르면, 특정기체와 반응하여 선택적으로 색변화 메커니즘을 보이는 색 염료를 용매에 콜로이드 형태로 분산시키거나 이온화시켜 3차원 다공성 및 신축성 지지체에 다양한 색 염료 코팅 기법을 이용하여 환경 유해가스 및 극미량의 생체지표기체를 선택적으로 감지할 수 있는 3차원 다공성 및 신축성 지지체 기반 색변화 가스 센서의 제조 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, a color dye exhibiting a color change mechanism selectively in response to a specific gas is dispersed or ionized in a colloid form in a solvent to form a three-dimensional porous and stretchable support using various color dye coating techniques, The present invention can provide a method of manufacturing a color change gas sensor based on a three-dimensional porous and stretchable support capable of selectively sensing a bio-indicator gas.

다양한 코팅 공정을 이용하여 제조된 3차원 다공성 및 신축성 지지체 기반 색변화 가스 센서는 다수의 기공으로 인해 넓은 반응 면적을 제공할 뿐만 아니라 연신된 상태에서 특정가스에 노출된 후, 원상태의 복원을 통해 가스에 노출되어 색변화가 일어난 부분들이 하나의 영역으로 집중되게 할 수 있어 색변화 감도의 향상을 가져올 수 있게 된다. 이러한 방식은 분자구조의 설계를 통한 염료 합성 혹은 나노크기의 지지체 형상 제어를 통한 비표면적의 향상과 같이 번거로운 공정과정들에 비해 매우 간편하다는 장점을 가지고 있다. 또한, 손쉬운 방법을 통해서 1 ppm 이하 농도에도 육안으로 관찰이 가능한 색전이 특성을 보이는 색변화 가스 센서를 제조할 수 있다.The three-dimensional porous and stretchable support-based color change gas sensor manufactured using various coating processes not only provides a wide reaction area due to a large number of pores, but also exposes a specific gas in an elongated state, So that the color change portions can be concentrated in one area, thereby improving the color change sensitivity. This method has advantages in that it is very easy compared to the troublesome process such as dye synthesis through the design of the molecular structure or the improvement of the specific surface area by controlling the shape of the nano-sized support. Also, it is possible to manufacture a color change gas sensor having an embolization characteristic that can be observed with the naked eye even at a concentration of 1 ppm or less by an easy method.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 다공성 및 신축성 폴리우레탄 지지체 기반 색변화 가스 센서의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적의 3차원 다공성 및 신축성 폴리우레탄 지지체와 연신된 상태의 폴리우레탄 지지체를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 다공성 및 신축성 폴리우레탄 지지체의 연신된 상태의 미세구조를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 색변화 염료가 기능화된 3차원 다공성 및 신축성 지지체 기반 색변화 가스 센서의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연신 가능한 색변화 가스 센서 제조 방법의 예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 색변화 염료가 기능화된 3차원 다공성 및 신축성 폴리우레탄 지지체 색변화 물질의 색전이 정도를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 노출 전 색변화 염료가 결착된 3차원 다공성 및 신축성 폴리우레탄 지지체의 미세구조를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 노출 후 색변화 염료가 결착된 3차원 다공성 및 신축성 폴리우레탄 지지체의 미세구조를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 아세트산 구리 색 염료가 기능화된 3차원 다공성 및 신축성 폴리우레탄 지지체 색변화 물질의 색전이 정도를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 질산은 색 염료가 기능화된 3차원 다공성 및 신축성 폴리우레탄 지지체 색변화 물질의 색전이 정도를 나타내는 도면이다1 is a schematic diagram of a three-dimensional porous and stretchable polyurethane support based color change gas sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 shows a large area three-dimensional porous and stretchable polyurethane support and an extended polyurethane support in accordance with one embodiment of the present invention.
Figure 3 shows the microstructure of the elongated three-dimensional porous and stretchable polyurethane support according to one embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of fabricating a three-dimensional porous and stretchable support-based color change gas sensor having a color change dye functioning according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a view showing an example of a method of manufacturing an extendable color change gas sensor according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing the degree of embolization of a color change dye-functionalized three-dimensional porous and stretchable polyurethane support color change material according to an embodiment of the present invention.
7 is a view showing the microstructure of a three-dimensional porous and stretchable polyurethane support to which color change dyes are bonded before gas exposure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a view showing the microstructure of a three-dimensional porous and stretchable polyurethane support to which color-changing dyes are bound after gas exposure according to an embodiment of the present invention.
9 is a graph showing the degree of embolization of functionalized three-dimensional porous and stretchable polyurethane support color-changing materials according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing the degree of embolization of a functionalized three-dimensional porous and stretchable polyurethane support color-changing material according to an embodiment of the present invention

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and the terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another Is used.

이하, 색변화 염료를 연신 가능한 지지체의 표면 및 내부에 기능화시킨 3차원 다공성 및 신축성 지지체 기반 색변화 가스 센서용 부재, 색변화 가스 센서 및 그 제조 방법에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명한다.Hereinafter, a three-dimensional porous and stretchable support-based color change gas sensor member, a color change gas sensor, and a method for manufacturing the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein color change dyes are functionalized on the surface and inside of a stretchable support.

본 발명에서는 색변화 염료를 용매에 이온화시켜 용해시키거나 계면활성제를 이용해 색 염료 입자를 용매에 균일하게 분산시키고, 다양한 색 염료 코팅방식을 이용하여 3차원 다공성 및 신축성 지지체에 색 염료가 균일하게 기능화된 3차원 다공성 및 신축성 지지체 기반 색변화 가스 센서를 합성하는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the color dye is ionized into a solvent to dissolve it, or the color dye particles are uniformly dispersed in a solvent by using a surfactant, and the color dye is uniformly functionalized on the three-dimensional porous and stretchable support using various color dye coating methods Dimensional color change gas sensor based on a three-dimensional porous and stretchable support.

더 구체적으로, 염료 입자가 계면활성제를 이용하여 분산되거나 해리된 용매를 활용하여 3차원 다공성 및 신축성 지지체의 표면 및 내부에 다양한 코팅방법을 이용해 염료 입자들을 결착시킨 후 건조시켜, 지지체의 표면에 염료를 균일하게 분포시키는 기법으로써, 소재 자체가 갖는 높은 표면적과 기공 및 우수한 연신 특성에 따른 색변화 영역의 집중 효과를 활용한 3차원 다공성 및 신축성 지지체 기반 색변화 가스 센서 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다. More specifically, the dye particles are dispersed or dissociated using a surfactant to bind the dye particles on the surface and inside of the three-dimensional porous and stretchable support using various coating methods and then dried to form a dye A three-dimensional porous and stretchable support-based color change gas sensor utilizing the concentrated effect of the color change region according to the high surface area of the material itself, pores and excellent stretching characteristics, and a manufacturing method thereof can be provided have.

기존 색변화 가스 센서의 경우, 분자구조의 설계를 통한 염료 합성 혹은 나노크기의 형상 제어를 통한 비표면적의 향상과 같은 접근방식을 통해 색변화 센서의 기능 향상에 대한 연구들이 진행되어 왔다. 하지만, 이러한 기존 방식들은 번거로울 뿐만 아니라 많은 공정들을 포함하게 되면서 상용화에 큰 걸림돌이 될 수 있다. 따라서 보다 간단한 방법으로 색전이 향상을 가져오는 방식들이 고려되어야 할 필요가 있다.In the case of conventional color change gas sensors, studies have been made to improve the function of the color change sensor through an approach such as dye composition through the design of the molecular structure or improvement of the specific surface area by controlling the shape of the nano-size. However, these conventional methods are not only troublesome but also include many processes, which can be a great obstacle to commercialization. Therefore, there is a need to consider ways in which embolization improves in a simpler way.

이러한 공정방식의 도입을 위해, 본 발명에서는 특정 기체에 선택적으로 반응하는 색변화 염료가 3차원 다공성 및 신축성 지지체에 기능화된 색변화 센서의 대량 합성법을 제공한다. 색변화 염료에 기능화된 3차원 다공성 및 신축성 지지체를 연신한 상태에서 특정가스에 노출시킬 경우, 색변화 영역이 생기게 된다. 이후, 지지체를 원상태로 복원시키게 되면 색전이가 발생한 영역이 하나의 영역으로 밀집되게 되면서 연신 이전보다 높은 색감도를 나타낸다. 결과적으로 색전이의 향상을 가져올 수 있게 된다. 이러한 방식은 종래의 염료 물질의 합성 및 형상 제어에 초점과는 대비되게 단순히 지지체의 물성을 활용한 간단한 방법이다.For the introduction of this process scheme, the present invention provides a mass synthesis method of a color change sensor in which color-changing dyes selectively reacting with a specific gas are functionalized on a three-dimensional porous and stretchable substrate. When a functionalized three-dimensional porous and stretchable support is exposed to a specific gas in a stretched color-changing dye, a color change region is generated. Then, when the support is restored to its original state, the region where the embolization occurs is concentrated in one region, and exhibits a higher color sensitivity than before the stretching. As a result, the embolization can be improved. This method is a simple method that utilizes the physical properties of the support simply in contrast to the focus on synthesis and shape control of conventional dye materials.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 다공성 및 신축성 폴리우레탄 지지체 기반 색변화 가스 센서의 모식도이다. 1 is a schematic diagram of a three-dimensional porous and stretchable polyurethane support-based color change gas sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따른 색 염료를 포함하는 3차원 다공성 및 신축성 지지체 기반 색변화 가스 센서(101)는 표면에 결착된 색변화 염료(102) 및 지지체 내부에 존재하는 3차원 형태의 기공(103)을 포함하여 이루어질 수 있다. 이때, 염료 물질은 특정가스와의 반응 시 가시광선 영역에서의 파장 시프팅(shifting), 가시광선 영역 밖으로의 파장 시프팅 혹은 파장의 강도 변화로 인해 맨눈으로 인지가 가능한 색전이 특성을 보이는 물질이면 특정 색 염료에 제약을 두지 않는다. 염료 물질은 0.1 nm 내지 100 ㎛의 분말 형태로 3차원 다공성 및 신축성 지지체의 기공을 포함한 표면에 균일하게 결착될 수 있다. 색변화 염료의 코팅두께는 코팅시간을 통해 조절이 가능하다. Referring to FIG. 1, a three-dimensional porous and stretch substrate-based color change gas sensor 101 including a color dye according to an embodiment of the present invention and a comparative example includes a color change dye 102 bonded to a surface, Dimensional pores 103 existing in the three-dimensional shape. In this case, the dye material is a substance that exhibits embryogenic embryo recognition due to wavelength shifting in the visible light region, wavelength shifting outside the visible light region, or intensity change of the wavelength in response to a specific gas It does not place restrictions on specific color dyes. The dye material can be uniformly bonded to the surface including the pores of the three-dimensional porous and stretchable support in powder form of 0.1 nm to 100 탆. The coating thickness of the color change dye can be controlled by the coating time.

더 구체적으로, 일 실시예에 따른 연신 가능한 색변화 가스 센서는, 표면 또는 내부에 특정가스 분자와의 반응을 통해 색전이가 발생하는 색변화 염료가 기능화된 연신 가능한 지지체를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기에서 지지체는 다공성 구조와 신축성 특성을 가지는 3차원 다공성 및 신축성 지지체가 될 수 있다. More specifically, an extendable color change gas sensor according to an embodiment may include an extendable support on which a color change dye functioning in which an embolization occurs on the surface or inside through a reaction with a specific gas molecule is functionalized. Wherein the support can be a three-dimensional porous and stretchable support having a porous structure and stretch properties.

지지체는 연신되는 축 방향으로 1% 내지 300%의 가역적 연신율을 나타내고, 연신 후 수축 과정에서 색 염료의 집중 효과로 색변화 강도가 증가할 수 있다. The support exhibits a reversible elongation of 1% to 300% in the direction of the axis to be stretched, and the intensity of the color change can be increased by the concentration effect of the color dye in the shrinking process after stretching.

또한, 지지체는 표면 및 내부에 100 nm 내지 1000 ㎛의 범위의 다수의 기공을 포함하며, 기공은 타원형, 구형, 반구형, 및 반달형 중 적어도 어느 하나 이상의 형상을 가지며, 기공을 통하여 기상, 액상 및 고상 중 적어도 어느 하나 이상의 물질을 담지 하거나 코팅이 가능하다. The support has a plurality of pores in the range of 100 nm to 1000 탆 on the surface and inside thereof, and the pores have at least one of elliptical shape, spherical shape, hemispherical shape, and half-moon shape, At least one of the materials can be supported or coated.

지지체는 두께가 5 ㎛ 내지 10 cm의 범위를 가지며, 면적이 0.1 cm2 ~ 10 m2 의 범위를 가지고, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 원형, 타원형 및 불규칙한 다각형, 불규칙한 원형 중 적어도 어느 하나의 형태를 가질 수 있다. The support has a thickness in the range of 5 to 10 cm and has an area in the range of 0.1 cm 2 to 10 m 2 and has at least one of triangular, square, rectangular, circular, elliptical, irregular polygon, Lt; / RTI >

색변화 염료는 특정가스와의 반응 시 가시광선 영역에서의 파장 시프팅(shifting), 가시광선 영역 밖으로의 파장 시프팅 및 파장의 강도 변화 중 적어도 어느 하나 이상으로 인하여 색전이 특성을 보이는 물질을 포함할 수 있다. The color-changing dye includes a substance exhibiting an embolization property due to at least one of wavelength shifting in the visible light region, wavelength shifting outside the visible light region, and wavelength intensity change in the reaction with a specific gas can do.

지지체는 연신 가능한 다공성 폴리우레탄 폼으로 이루어질 수 있다. 그리고, 색변화 염료는 0.1 nm 내지 10 ㎛의 직경범위를 가지는 입자 형태로 연신 가능한 다공성 폴리우레탄 폼의 표면 및 내부 중 적어도 어느 하나 이상에 균일하게 결착될 수 있다. The support may be made of a stretchable porous polyurethane foam. The color-changing dye can be uniformly bound to at least one of the surface and the interior of the stretchable porous polyurethane foam in the form of particles having a diameter ranging from 0.1 nm to 10 탆.

색변화 염료는 색변화 염료의 함량이 용매 대비 중량 비율 0.01 wt% ~ 80 wt% 범위를 가지며, 특정 용매에 이온형태로 해리되어 용해되거나 용해되지 않고 균일하게 분산된 콜로이드 형태의 색변화 염료 용액을 나타낼 수 있다. The color-changing dye is a colloid-type color-changing dye solution having a color-changing dye content in the range of 0.01 wt% to 80 wt% relative to the solvent and dissociated in an ionic form in a specific solvent and not dissolved or dissolved therein. .

이때, 3차원 다공성 및 신축성 지지체는 열린 기공이 서로 연결된 폼 구조 내지는 섬유형상의 구조를 포함할 수 있다. At this time, the three-dimensional porous and stretchable support may include a foam structure or a fibrous structure in which open pores are connected to each other.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 대면적의 3차원 다공성 및 신축성 폴리우레탄 지지체와 연신된 상태의 폴리우레탄 지지체를 나타낸다. Figure 2 shows a large area three-dimensional porous and stretchable polyurethane support and an extended polyurethane support in accordance with one embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예 및 비교예에 따른 대면적의 3차원 다공성 및 신축성 지지체와 연신 상태의 지지체 사진을 통해 높은 신축성을 가지는 것을 확인할 수 있다. 3차원 다공성 및 신축성 지지체는 물질 자체의 특성 때문에 어느 방향으로나 연신이 가능하며, 늘어난 이후에 다시 자연적으로 본래의 형태로 복구가 된다. 대표적으로, 폴리우레탄 폼은 본래 현상을 기준으로 하여 연신되는 축 방향으로 1% 내지는 300%의 가역적 연신율을 가질 수 있다. 또한 색변화 이전에 연신을 위해 다루기 용이한 두께인 10 ㎛ 내지는 5 cm의 두께로 절삭하여 사용할 수도 있다. Referring to FIG. 2, it can be confirmed that the three-dimensional porous and stretchable support according to one embodiment of the present invention and the comparative example have a high stretchability through a stretchable support and a stretched support. The three-dimensional porous and stretchable support can be stretched in any direction due to the characteristics of the material itself, and then restored to its original form naturally after stretching. Typically, the polyurethane foam may have a reversible elongation of 1% to 300% in the axial direction in which the polyurethane foam is stretched based on the original phenomenon. It is also possible to cut and cut to a thickness of 10 [mu] m to 5 [cm], which is easy to handle for stretching before color change.

3차원 다공성 및 신축성 지지체의 표면 및 내부에는 다수의 기공을 포함하여 이루어질 수 있다. 기공의 크기는 100 nm ~ 1000 ㎛ 범위의 직경을 가질 수 있다. The three-dimensional porous and stretchable support may include a plurality of pores on the surface and inside thereof. The pore size can have a diameter ranging from 100 nm to 1000 μm.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 다공성 및 신축성 폴리우레탄 지지체의 연신된 상태의 미세구조를 나타낸다. Figure 3 shows the microstructure of the elongated three-dimensional porous and stretchable polyurethane support according to one embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 다공성 및 신축성 지지체가 본래 크기에 대비하여 0%, 25%, 50%로 연신되었을 때 얻어질 수 있는 미세형상을 나타내는 주사 전자현미경 사진을 나타낸다. 여기에서 3차원 다공성 및 신축성 지지체는 내부에 많은 기공을 포함하여 내부에 기상, 액상 혹은 고상의 물질의 담지 및 코팅이 가능한 높은 표면적을 가진다. 기공 직경은 100 nm 내지 1000 ㎛의 범위를 보이며, 기공은 타원형, 구형, 반구형, 반달형 등과 같이 다양한 형상을 보이게 된다. FIG. 3 shows a scanning electron microscope photograph showing a fine shape that can be obtained when the three-dimensional porous and stretchable support according to one embodiment of the present invention is stretched to 0%, 25%, and 50% relative to the original size. Here, the three-dimensional porous and stretchable support has many pores therein, and has a high surface area capable of supporting and coating a vapor, liquid, or solid phase material therein. The pore diameter ranges from 100 nm to 1000 μm, and the pores have various shapes such as an ellipse, a sphere, a hemisphere, a half-moon, and the like.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 색변화 염료가 기능화된 3차원 다공성 및 신축성 지지체 기반 색변화 가스 센서의 제조 방법을 나타내는 순서도이다. FIG. 4 is a flowchart illustrating a method of fabricating a three-dimensional porous and stretchable support-based color change gas sensor having a color change dye functioning according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 색변화 염료 코팅기법을 이용하여 색변화 염료 입자가 3차원 다공성 및 신축성 지지체 표면 및 내부에 균일하게 결착된 색변화 가스 센서의 제조 방법을 나타낼 수 있다. Referring to FIG. 4, there is shown a method of manufacturing a color change gas sensor in which color-changing dye particles are uniformly bound to the surface and inside of a three-dimensional porous and stretchable support using a color change dye coating technique according to an embodiment of the present invention .

일 실시예에 따른 연신 가능한 색변화 가스 센서 제조 방법은, 염료 물질을 용매에 용해 또는 분산시켜 특정가스와 반응 시 색변화를 일으키는 용액 상태의 색변화 염료를 제조하는 단계(401), 연신 가능한 지지체를 절삭하여 색변화 센서용 지지체를 제조하는 단계(402), 색변화 염료를 이용하여 지지체에 염료 입자를 코팅하는 단계(403), 및 색변화 염료가 코팅된 지지체를 수득하여 건조시키는 단계(404)를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기에서 지지체는 다공성 구조와 신축성 특성을 가지는 3차원 다공성 및 신축성 지지체가 될 수 있다. A method of fabricating an extendable color change gas sensor according to an embodiment includes the steps of preparing (401) a solution-state color-changing dye that causes color change upon dissolving or dispersing a dye material in a solvent to react with a specific gas, (403) of coating the dye particles on the support using a color-changing dye, and obtaining and drying a support coated with the color-change dye (404 ). Wherein the support can be a three-dimensional porous and stretchable support having a porous structure and stretch properties.

색변화 염료를 용매에 이온형태로 용해시키거나 용해되지 않는 색변화 염료를 분산시킨 콜로이드 형태로 색 염료를 포함하는 용액을 제조하고, 용액을 이용해 색변화 염료 입자들을 3차원 다공성 및 신축성 지지체의 표면 및 내부에 코팅하여 색변화 염료를 지지체 표면 및 내부에 균일하게 결착시킴으로써, 색변화 염료가 균일하게 기능화되어 있는 3차원 다공성 및 신축성 지지체 기반 색변화 가스 센서 및 이를 이용한 색변화 가스 센서용 부재 제조 방법을 제공할 수 있다.A color change dye is dissolved in an ionic form in a solvent or a solution containing a color dye in a colloid form in which an undissolved color change dye is dispersed is prepared and the color change dye particles are coated on the surface of a three- A three-dimensional porous and stretchable support-based color change gas sensor in which a color-changing dye is uniformly functionalized by uniformly bonding a color-changing dye to the surface and inside of the support by coating the inside of the support with a color change dye Can be provided.

또한, 제작된 염료 입자가 기능화된 3차원 다공성 및 신축성 지지체 기반 색변화 가스 센서를 이용하여 환경 유해가스 및 사람의 날숨에 포함되어 있는 미세한 바이오마커 가스를 감지하는 색변화 센서로 응용 가능하다. 하기에서는 상기의 각 단계에 대해 보다 상세히 설명한다. Further, the fabricated dye particles can be applied to a color change sensor that detects fine noxious gas contained in environmentally harmful gas and human exhalation by using functionalized three-dimensional porosity and elastic support based color change gas sensor. Each of the above steps will be described in more detail below.

첫 번째 공정으로, 단계(401)에서 염료 물질을 용매에 용해 또는 분산시켜 특정가스와 반응 시 색변화를 일으키는 용액 상태의 색변화 염료를 제조할 수 있다. 즉, 색변화 염료가 분산된 콜로이드 형태의 용액이거나 염료 물질이 이온화되어 용해된 코팅을 위한 용액 상태의 색변화 염료를 제조할 수 있다. 색변화 염료를 특정 용매에 용해 또는 분산시키기 위해 교반기를 이용하여 10 rpm ~ 1000 rpm 범위에서 1분 ~ 10시간 교반이 이루어질 수 있다. In a first step, in step 401, the dye material is dissolved or dispersed in a solvent to produce a color change dye in a solution state causing color change upon reaction with a specific gas. That is, it is possible to prepare a color-changing dye in the form of a colloidal solution in which the color-changing dye is dispersed or in a solution state for the coating in which the dye material is ionized and dissolved. Stirring may be performed in a range of 10 rpm to 1000 rpm for 1 minute to 10 hours using a stirrer to dissolve or disperse the color-changing dye in a specific solvent.

염료 물질은 특정가스와 반응을 통해 표면에 유색의 생성물을 형성하거나 염료의 전기적 성질인 밴드구조(band structure)의 변화로 인해 육안으로 관찰이 가능한 색전이를 나타내는 것을 특징으로 한다. 이외에도, 특정가스 분위기에 노출시 색변화를 보이는 물질이라면 사용에 제약을 두지 않는다. 이러한 염료 물질을 용매에 용해시켜 특정가스와 색변화 염료 물질의 해리 및 콜로이드와 같은 균일 분포를 통해 색변화 염료 입자가 코팅을 위한 용액 상태의 색변화 염료(코팅용액) 내에서 높은 분포도를 가지게 한다. The dye material is characterized by forming a colored product on the surface through reaction with a specific gas or an embolus capable of being observed with the naked eye due to a change in band structure, which is an electrical property of the dye. In addition, there is no restriction on the use of a substance which exhibits color change upon exposure to a specific gas atmosphere. By dissolving such a dye material in a solvent, the color-changing dye particles have a high distribution in a solution-type color-changing dye (coating solution) for coating through a uniform distribution such as dissociation and colloid of a specific gas and color-change dye material .

구체적으로 이용될 수 있는 용매의 경우, 증류수(Deionized water), 에탄올(Ethanol), 메탄올(Methanol), 부탄올(Butanol), 헥세인(Hexane), 에틸 아세테이트(ethyl acetate), 벤젠(Benzene), 디메틸포름아마이드(DMF, Dimethylformamide), 나피온(Nafion), 글리세롤(glycerol), 디에틸 에테르(Diethyl ether) 클로로포름(Chloroform), 아세톤(Acetone), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran), 톨루엔(Toluene), 에틸렌 글리콜(EG, Ethylene glycol), 디메틸아세트아마이드(DMAc, Dimethylacetamide) 및 디메틸 술폭시드(DMSO, dimethyl sulfoxide) 중 어느 한 종류 또는 두 종류 이상의 혼합 용매를 사용할 수 있다. 여기서 사용되는 용매의 경우, 도입된 염료가 이온화되거나 혹은 염료 입자가 균일하게 분산될 수 있다면 특정 용매에 제한을 두지 않는다. Specific examples of the solvent that can be used include distilled water, ethanol, methanol, butanol, hexane, ethyl acetate, benzene, dimethyl It can be used in a wide variety of applications such as dimethylformamide (DMF), Nafion, glycerol, diethyl ether, chloroform, acetone, tetrahydrofuran, toluene, (EG, ethylene glycol), dimethylacetamide (DMAc), and dimethyl sulfoxide (DMSO), or a mixture of two or more thereof. In the case of the solvent used here, there is no limitation on the specific solvent if the dye to be introduced is ionized or the dye particles can be uniformly dispersed.

색변화를 나타내는 색변화 염료의 종류로는, Lead(II) acetate(Pb(CH3COO)2), Iron(II) acetate(Fe(CH3COO)2), Nickel(II) acetate(Ni(CH3COO)2), Copper(II) acetate(Cu(CH3COO)2), Cadmium acetate(Cd(CH3COO)2), Cobalt(II) acetate(Co(CH3COO)2), Manganese(II) acetate (Cu(CH3COO)2), Bismuth(III) acetate(Co(CH3COO)3), Silver(I) acetate(Ag(CH3COO)), Siver nitride(AgNO3) 등을 용매에 용해 또는 분산시켜, 색변화 염료 용액을 제조할 수 있다. 색변화 염료는 특정가스와 반응하여 색이 변화하는 특성을 지닌 염료라면 특정 염료에 제한을 두지 않는다. 색변화 염료는 용액에 어느 한 종류 또는 두 종류 이상 동시에 용해 또는 분산시켜 색변화 염료 용액을 제조할 수 있다. 색변화 염료의 용매 대비 중량 비율은 0.01 wt% ~ 80 wt% 범위를 가질 수 있다. 바람직하게는 10 wt% ~ 50 wt% 범위의 색변화 염료 용액이 높은 감도의 색변화를 나타낼 수 있다. (II) acetate (Pb (CH 3 COO) 2 ), Iron (II) acetate (Fe (CH 3 COO) 2 ) and Nickel (II) acetate CH 3 COO) 2), Copper (II) acetate (Cu (CH 3 COO) 2), Cadmium acetate (Cd (CH 3 COO) 2), Cobalt (II) acetate (Co (CH 3 COO) 2), Manganese (II) acetate (Cu (CH 3 COO) 2), Bismuth (III) acetate (Co (CH 3 COO) 3), Silver (I) acetate (Ag (CH 3 COO)), Siver nitride (AgNO 3) , etc. Can be dissolved or dispersed in a solvent to prepare a color-changing dye solution. Color change dyes do not limit specific dyes if they have the characteristic of changing color by reacting with specific gas. The color-changing dye can be prepared by dissolving or dispersing at least one kind or two or more kinds of color-changing dyes in a solution. The weight ratio of the color-changing dye to the solvent may be in the range of 0.01 wt% to 80 wt%. Preferably, the color change dye solution in the range of 10 wt% to 50 wt% can exhibit a high sensitivity color change.

다음으로, 단계(402)에서는 연신 가능한 지지체를 취급이 용이한 크기로 절삭하여 색변화 센서용 지지체를 제조할 수 있다. 여기에서 지지체는 다공성 구조와 신축성 특성을 가지는 3차원 다공성 및 신축성 지지체가 될 수 있다. 이에 절삭된 3차원 다공성 및 신축성 지지체는 색변화 염료를 결착시키기 위한 지지체로 사용될 수 있다. Next, in step 402, the stretchable support body is cut to a size that can be easily handled, so that a support for a color change sensor can be manufactured. Wherein the support can be a three-dimensional porous and stretchable support having a porous structure and stretch properties. The cut three-dimensional porous and stretchable support can be used as a support for binding color change dyes.

3차원 다공성 및 신축성 지지체는 두께가 1 ㎛ 내지 10 cm 분포를 가지고, 가로 및 세로 길이는 100 ㎛ ~ 100 cm 범위에서 크기를 가질 수 있다. 이때 절삭되는 지지체의 형태는 어떠한 제약을 받지 않지만, 취급이 용이하거나 연신이 쉬운 구조를 갖는 것이 바람직하다.The three-dimensional porous and stretchable support may have a thickness in the range of 1 탆 to 10 cm and a width and length in the range of 100 탆 to 100 cm. At this time, the shape of the support to be cut is not limited, but it is preferable to have a structure that is easy to handle or is easy to stretch.

단계(403)에서는 단계(401)의 과정을 통해 얻어진 코팅을 위한 용액 상태의 색변화 염료(코팅용액)를 이용해 3차원 다공성 및 신축성 지지체에 색변화 염료를 기능화하는 과정이다. 즉, 색변화 염료를 이용하여 지지체에 염료 입자를 코팅할 수 있다. 이때 색변화 염료가 지지체의 표면 및 내부에 전체적으로 침투할 수 있도록 1분 ~ 5 시간 범위에서 결착시간을 가지도록 할 수 있다. In step 403, the color change dye is functionalized on the three-dimensional porous and stretchable support using the color change dye (coating solution) in the solution state for coating obtained through the process of step 401. That is, dye particles can be coated on a support using a color change dye. At this time, the binding time can be set in the range of 1 minute to 5 hours so that the color changing dye can penetrate the entire surface and the inside of the support.

3차원 다공성 및 신축성 지지체 표면에 색 염료를 코팅하는 공정기법으로 함침(dipping), 진공 필트레이션(vacuum filtration), 드롭 코팅(drop coating), 스핀 코팅(spin coating), 스프레이 코팅(spray coating) 등 균일하게 색 염료를 코팅하는 방법이라면 코팅공정에 큰 제약을 두지 않는다. 특히, 코팅과정에 앞서 3차원 다공성 및 신축성 지지체의 기공에 포함된 기체를 제거하거나 지지체의 표면을 화학적으로 개질하여, 코팅용액에 해리된 염료 이온 및 균일 분포된 염료 입자의 확산이 내부까지 용이하여, 3차원 다공성 및 신축성 지지체 표면 전반에 균일한 결착을 이룰 수 있다. 또한 코팅시간을 조절하여 기능화되는 염료 입자들의 두께를 조절할 수가 있으며, 코팅된 염료 입자의 두께는 1 nm 내지 100 ㎛의 범위를 가질 수 있다.Doping, vacuum filtration, drop coating, spin coating, spray coating, and the like are used as coating techniques for coating color dyes on the surface of three-dimensional porous and stretchable supports. If the method of uniformly coating a color dye does not place a great restriction on the coating process. Particularly, prior to the coating process, the gas contained in the pores of the three-dimensional porous and stretchable support is removed or the surface of the support is chemically modified so that the dissociation of the dye ions and the uniformly dispersed dye particles in the coating solution is facilitated , Uniform adhesion across the three-dimensional porous and stretchable support surface. Also, the thickness of the functionalized dye particles can be controlled by controlling the coating time, and the thickness of the coated dye particles can be in the range of 1 nm to 100 탆.

마지막으로, 단계(404)에서 색변화 염료가 코팅된 지지체를 수득하여 건조시킬 수 있다. 더 구체적으로 코팅용액으로부터 3차원 다공성 및 신축성 지지체를 수거하여 충분한 건조시간을 거쳐 지지체 내부에 함유된 일정한 양의 용액을 제거하거나 완전 건조시키는 과정이 될 수 있다. 지지체에 포함된 색변화 염료를 1분 ~ 10시간 범위에서 건조시간을 거쳐 지지체 내부에 염료를 붙이고, 용액을 제거하거나 완전 건조시킬 수 있다. Finally, in step 404, a color change dye coated support may be obtained and dried. More specifically, it may be a process of collecting a three-dimensional porous and stretchable support from a coating solution, removing a certain amount of solution contained in the support through a sufficient drying time, or completely drying the solution. The color change dye contained in the support can be dyed in the support via a drying time in the range of 1 minute to 10 hours, and the solution can be removed or completely dried.

건조과정으로는 진공 필트레이션(vacuum filtration), 오븐(oven) 건조 및 자연 건조 방법이 사용될 수 있으며, 색 염료 용액을 건조시키는 과정이라면 특정 건조방법에 제한을 두지 않는다.Vacuum filtration, oven drying and natural drying methods can be used for the drying process, and there is no limitation on the specific drying method in the process of drying the color dye solution.

색변화 염료가 지지체의 표면 및 내부 중 적어도 어느 하나 이상에 결착되어, 특정 가스에 노출되는 경우 색이 변화하여 연신 가능한 색변화 가스 센서로 이용될 수 있다. 연신 가능한 색변화 가스 센서는 특정가스에 노출되는 경우, 염료분말이 결착되어있는 개별 기공 및 표면에서 색변화 염료와 특정가스간의 반응에 의해 색상 변화가 일어나 육안으로 인지 가능한 색변화가 이루어질 수 있다. 그리고 연신 가능한 색변화 센서를 연신한 상태에서 특정가스에 노출시켜 색변화를 일으키고, 자발적으로 연신 이전상태로 복원 시킴으로써, 색변화 영역의 집중을 통해 색변화 감도를 향상시킬 수 있다. The color change dye can bind to at least one of the surface and the interior of the support and can be used as a color change gas sensor capable of being stretched when its color is changed when exposed to a specific gas. When the color changeable gas sensor is exposed to a specific gas, the color change is caused by the reaction between the color change dye and the specific gas at the individual pores and the surface to which the dye powder is bound, so that a visually recognizable color change can be made. The stretchable color change sensor is exposed to a specific gas in a stretched state to cause a color change and is spontaneously restored to a state before stretching to improve the color change sensitivity through concentration of the color change region.

이와 같이 제작된 색변화 염료가 3차원 다공성 및 신축성 지지체의 표면 및 내부에 결착되어, 특정가스가 주입될 시에 색이 변화하는 특성으로 환경 유해가스(H2S, SOx, NOx, COx) 및 사람의 날숨에 포함된 생체지표가스 (CH3COCH3, C2H5OH, C6H5CH3)(즉, 날숨 속 바이오마커 가스)를 검출하는 색변화 센서로 사용될 수 있다. 특히, 3차원 다공성 및 신축성 지지체를 늘린 상태에서 가스에 노출시켜 색변화 염료가 색 전이가 발생하도록 유도하고, 지지체가 자발적으로 원상태로 복원되면, 늘린 상태에서 색변화 영역이 하나의 영역으로 밀집되면서 색변화 감도가 향상되는 특징을 나타낸다. 향상된 감도특성으로 인하여, 1 ppm 이하의 농도를 나타내는 특정가스에 대하여 우수한 색변화 특성을 나타내는 것을 특징으로 한다.The color change dye produced in this way binds to the surface and inside of the three-dimensional porous and stretchable support, and the color changes when the specific gas is injected. As a result, the environmentally harmful gas (H 2 S, SO x , NO x , x ) and biomarker gas (CH 3 COCH 3 , C 2 H 5 OH, C 6 H 5 CH 3 ) contained in human exhalation (ie, exhalation biomarker gas) . Particularly, when the three-dimensional porous and stretchable support is stretched, the color change dye is exposed to the gas to induce the color transition, and when the support is spontaneously restored to its original state, the color change region is concentrated in one region The color change sensitivity is improved. And exhibits excellent color change characteristics for a specific gas exhibiting a concentration of 1 ppm or less owing to the improved sensitivity characteristics.

한편, 대면적으로 색변화 염료가 코팅된 3차원 다공성 및 신축성 지지체 기반 색변화 센서를 제작하기 위해서, 색변화 염료를 코팅하는 단계(403)을 먼저 수행하여 대면적 3차원 다공성 및 신축성 지지체 기반 색변화 센서를 제작할 수 있으며, 추후 사용하기 용이하도록 일정한 크기로 절삭하는 단계(402)를 나중에 수행할 수 있다. On the other hand, in order to fabricate a three-dimensional porous and stretchable support-based color change sensor having a large area coated with a color change dye, a color change dye coating step (403) is firstly carried out to prepare a large area 3-dimensional porous and stretchable support- A change sensor may be fabricated and a step 402 of cutting to a certain size for later use may be performed later.

다시 말하면, 다른 실시예에 따른 연신 가능한 색변화 가스 센서 제조 방법은, 대면적으로 색변화 염료가 결착된 3차원 다공성 및 신축성 지지체 기반 색변화 센서를 제조하기 위해 염료 물질을 용매에 용해 또는 분산시켜 특정가스와 반응 시 색변화를 일으키는 용액 상태의 색변화 염료를 제조하는 단계, 열가소성 폴리우레탄(thermoplatic polyurethane), 열가소성 엘라스토머(thermoplaistic Elastomer), 천연고무, 합성고무, 스판덱스, 하이드로젤(hydrogel), SBS(styrene-butaiene-styrene), 폴리다이메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 복합체를 지지체로 선정하고, 색변화 염료를 이용하여 지지체에 염료 입자를 코팅하는 단계, 색변화 염료가 코팅된 지지체를 수득하여 건조시키는 단계, 및 색변화 염료가 코팅된 지지체를 사용하기 용이한 크기로 절삭하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. In other words, a method of manufacturing an extendable color change gas sensor according to another embodiment is a method of manufacturing a three-dimensional porous and stretchable support-based color change sensor in which a color change dye is bound on a large area by dissolving or dispersing a dye material in a solvent A step of producing a color change dye in a solution state which causes a color change upon reaction with a specific gas, a step of producing a color change dye in a solution state, a step of preparing a thermochromic polyurethane, a thermoplastic elastomer, natural rubber, synthetic rubber, spandex, hydrogel, SBS a step of coating the support with dye particles using a color-changing dye as a support, selecting one or more complexes of styrene-butadiene-styrene and polydimethylsiloxane (PDMS) as a support, To obtain a support, drying the support, and drying the support, Steps can be made, including that.

하기에서는 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다. 실시예 및 비교예는 단지 본 발명을 설명하기 위한 것이며, 본 발명이 하기 예에 제한되어있는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples and comparative examples. The examples and comparative examples are merely intended to illustrate the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

실시예Example 1 One

실시예 1에서는 연신된 상태에서 특정가스에 노출된 후 자발적 복원과정을 거친 3차원 다공성 및 신축성 지지체 기반 색변화 센서에 대해 하나의 예를 들어 구체적으로 설명한다. In Example 1, a three-dimensional porous and stretchable support-based color change sensor that has undergone spontaneous restoration after being exposed to a specific gas in a stretched state will be specifically described as an example.

먼저, 황화수소에 반응하여 색전이를 보이는 아세트산 납(lead acetate), 아세트산 구리(copper acetate), 질산은(silver nitrate)을 사용하여 코팅용액를 제조한다. 이때, 염료 물질은 특정가스와 반응을 통해 표면에 유색의 생성물을 형성하거나 염료의 전기적 성질인 밴드구조(band structure)의 변화로 인해 육안으로 관찰이 가능한 색전이를 나타내는 것을 특징으로 한다. 이외에도, 특정가스 분위기에 노출시 색변화를 보이는 물질이라면 사용에 제약을 두지 않는다. 코팅용액을 제조하기 위해 1.5 g의 아세트산 납, 아세트산 구리를 10 g의 증류수(deionized water)에 용해시킨다. 질산은의 경우, 0.4 g 의 질산은을 4 g의 증류수에 용해시킨 뒤 4 g의 나피온(Nafion)과 1 g의 글리세롤(glycerol)을 혼합용액에 섞는다.First, a coating solution is prepared by using lead acetate, copper acetate, and silver nitrate, which exhibit embolization in response to hydrogen sulfide. In this case, the dye material is characterized by forming a colored product on the surface through reaction with a specific gas, or exhibiting an embolus capable of being observed with the naked eye due to a change in the band structure, which is the electrical property of the dye. In addition, there is no restriction on the use of a substance which exhibits color change upon exposure to a specific gas atmosphere. To prepare the coating solution, 1.5 g of lead acetate and copper acetate are dissolved in 10 g of deionized water. In the case of silver nitrate, 0.4 g of silver nitrate is dissolved in 4 g of distilled water and 4 g of Nafion and 1 g of glycerol are mixed in the mixed solution.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연신 가능한 색변화 가스 센서 제조 방법의 예를 나타내는 도면이다. 5 is a view showing an example of a method of manufacturing an extendable color change gas sensor according to an embodiment of the present invention.

도 5는 앞에서 설명한 단계(402) 내지 단계(404)를 진행하는 과정의 예를 나타내는 것으로, 코팅용액의 제조 이후의 합성과정을 나타낸다. 먼저, 도 5(a)에서는 폴리우레탄 폼을 연신과 취급이 용이한 형태로 절삭한다. 이때 절삭되는 폴리우레탄 폼의 형태는 어떠한 제약을 받지 않지만, 취급이 용이하거나 연신이 쉬운 구조를 갖는 것이 바람직하다. 따라서 다공성 폴리우레탄 폼 지지체의 두께는 1 ㎛ 내지 10 cm 분포를 가질 수 있으며, 가로 및 세로 길이는 100 ㎛ ~ 100 cm 크기를 가질 수 있다. 본 실시예에서는 가로 및 세로 길이로 0.6 cm ~ 2.5 cm 의 크기를 사용하였다. 이외에, 취급이 편리한 모양이라면 큰 제약을 두지 않는다. 5 shows an example of a process of proceeding from step 402 to step 404 described above, and shows the synthesis process after the preparation of the coating solution. First, in Fig. 5 (a), the polyurethane foam is cut into a shape that facilitates stretching and handling. At this time, the shape of the polyurethane foam to be cut is not limited, but it is preferable that the polyurethane foam has a structure that is easy to handle or is easy to stretch. Accordingly, the porous polyurethane foam support may have a thickness of 1 to 10 cm and a width and a length of 100 to 100 cm. In this embodiment, the sizes of the transverse and longitudinal lengths are 0.6 cm to 2.5 cm. In addition, if the shape is convenient to handle, there is no significant restriction.

도 5(b)는 절삭된 다공성 폴리우레탄 폼을 아세트산 납, 아세트산 구리, 질산은이 용해되어 있는 코팅용액에 30분간 함침시키는 것을 보여준다. 색 염료 용액이 다공성 폴리우레탄 폼의 내부까지 균일하게 침투 할 수 있도록 다공성 폴리우레탄 폼 내부의 기포를 제거하여 주거나, 다공성 폴리우레탄 폼의 표면을 화학적으로 개질 처리할 수 있다. 5 (b) shows the impregnated porous polyurethane foam in a coating solution in which lead acetate, copper acetate, and silver nitrate are dissolved for 30 minutes. The bubbles in the porous polyurethane foam can be removed or the surface of the porous polyurethane foam can be chemically modified so that the color dye solution can uniformly penetrate into the inside of the porous polyurethane foam.

도 5(c)는 코팅과정 이후에, 다공성 폴리우레탄 폼을 수거하여 잔류하는 색 염료 용액을 건조시켜 염료 입자를 다공성 폴리우레탄 폼 표면에 결착시키는 과정을 나타낸다. 색 염료 용액을 건조시키는 과정으로는, 진공 필트레이션(vacuum filtration), 오븐(oven) 건조 및 자연 건조 방법이 사용될 수 있으며, 색 염료 용액을 건조시키는 과정이라면 특정 건조방법에 제한을 두지 않는다. 본 실시예에서는 진공분위기에서 10시간 동안 건조시키는 과정을 거쳤다.FIG. 5 (c) shows the process of collecting the porous polyurethane foam after the coating process and drying the remaining color dye solution to bind the dye particles to the surface of the porous polyurethane foam. Vacuum filtration, oven drying and natural drying methods can be used for drying the color dye solution, and there is no limitation on the specific drying method if the color dye solution is dried. In this embodiment, a drying process is performed in a vacuum atmosphere for 10 hours.

제조된 다공성 연신 폴리우레탄 폼 색변화 센서를 황화수소 가스에 노출하기에 앞서, 색변화 염료가 결착된 연신 가능한 다공성 폴리우레탄 폼의 양단을 잡아 연신상태를 유지시킬 수 있다. 연신된 색변화 센서에 직접적으로 황화수소가스를 노출을 진행한 후, 자발적으로 원상태로 복원시킬 수 있다.
The stretched state can be maintained by holding both ends of the stretchable porous polyurethane foam to which the color change dye is bound, before exposing the prepared porous stretched polyurethane foam color change sensor to the hydrogen sulfide gas. The hydrogen sulfide gas may be directly exposed to the elongated color change sensor, and then spontaneously restored to the original state.

비교예Comparative Example 1 One

비교예 1은 연신되지 않은 상태에서 특정가스에 노출된 3차원 다공성 및 신축성 지지체 기반 색변화 센서를 예를 들어 설명한다. Comparative Example 1 describes a three-dimensional porous and stretch substrate-based color change sensor exposed to a specific gas in an unstretched state.

비교예 1에서는 실시예 1과 대조적으로 폴리우레탄 폼 기반 색변화 센서의 제작 후에 연신상태를 유지하지 않고, 원상태에서 가스에 노출시키는 소재 합성에 대한 것이다.In Comparative Example 1, in contrast to Example 1, the production of a polyurethane foam-based color-change sensor was followed and the material was exposed to gas at the original state without maintaining the drawn state.

비교예 1에서는 실시예 1과 같이 황화수소에 반응하여 색전이를 보이는 아세트산 납, 아세트산 구리, 질산은을 사용하여 코팅용액를 제작한다. 코팅용액을 제조하기 위해 1.5 g의 아세트산 납, 아세트산 구리를 10 g의 증류수(deionized water)에 용해시킨다. 질산은의 경우, 0.4 g의 질산은을 4 g의 증류수에 용해시킨 뒤 4 g의 Nafion과 1 g의 glycerol 혼합용액에 섞는다. In Comparative Example 1, as in Example 1, a coating solution was prepared using lead acetate, copper acetate, and silver nitrate, which exhibited embolization in response to hydrogen sulfide. To prepare the coating solution, 1.5 g of lead acetate and copper acetate are dissolved in 10 g of deionized water. For silver nitrate, dissolve 0.4 g of silver nitrate in 4 g of distilled water and mix in a mixture of 4 g of Nafion and 1 g of glycerol.

폴리우레탄 폼의 절삭과정을 거친 후, 코팅용액에 30분간 지지체를 함침시킨다. 실시예 1과 마찬가지로, 연신 가능한 폴리우레탄 폼에 색변화 염료를 결착시키는 과정을 거치고, 건조하는 과정을 거친다. After cutting through the polyurethane foam, the coating solution is impregnated with the support for 30 minutes. As in Example 1, the color change dye is bound to the stretchable polyurethane foam, followed by drying.

제조된 다공성 연신 폴리우레탄 폼 색변화 센서는 연신과 같은 형상의 변형 없이 원상태에서 황화수소 가스에 노출시킨다.
The prepared porous stretched polyurethane foam color change sensor is exposed to hydrogen sulfide gas in its original state without deforming the shape such as stretching.

실험예Experimental Example 1 One

실험예 1은 연신된 상태에서 특정가스에 노출된 후 자발적 복원과정을 거친 3차원 다공성 및 신축성 지지체 기반 색변화 센서와 본래 상태에서 특정가스에 노출된 3차원 다공성 및 신축성 지지체 기반 색변화 센서의 H2S 가스 감지 색변화 특성평가를 설명한다. EXPERIMENTAL EXAMPLE 1 A three-dimensional porous and elastic support-based color change sensor subjected to a spontaneous restoration after being exposed to a specific gas in a stretched state and a three-dimensional porous and elastic support-based color change sensor exposed to a specific gas in the original state 2 S gas detection color change characteristics will be described.

황화수소 가스에 대한 색변화 특성을 확인하기 위해서 상기의 실시예 1, 비교예 1를 통해 얻어진 부재들을 코팅시킨 색변화 염료 종류(아세트산 납, 아세트산 구리, 질산은)에 따라 20℃, 상대습도 95%의 조건에서 황화수소 가스의 농도를 5 ppm으로 고정시키고 노출시켰다. In order to confirm the color change characteristics with respect to the hydrogen sulfide gas, the color change dyes (lead acetate, copper acetate, silver nitrate) coated with the members obtained in Example 1 and Comparative Example 1 were subjected The concentration of hydrogen sulfide gas was fixed at 5 ppm and exposed.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 색변화 염료가 기능화된 3차원 다공성 및 신축성 폴리우레탄 지지체 색변화 물질의 색전이 정도를 나타내는 도면이다. 6 is a graph showing the degree of embolization of a color change dye-functionalized three-dimensional porous and stretchable polyurethane support color change material according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실험예 1에 따라 상온상태에서 사람의 입에서 나오는 기체의 습도와 유사한 상대 습도 (95 %RH)를 포함한 5 ppm 의 H2S 가스를 연신과정 없이 혹은 연신과정을 포함하여 1분간 직접적으로 노출시켜 얻어진 아세트산 납 색 염료가 기능화된 3차원 다공성 및 신축성 폴리우레탄 지지체 색변화 물질의 색전이 정도를 나타낸다. 여기에서 연신과정 없이 본래의 형태에서 가스에 직접 노출될 경우, 색변화가 일어난 영역이 노출된 지역과 유사한 것이 확인이 된다. 연신이 이루어진 상태에서 가스에 직접 노출될 경우에도, 가스에 직접 노출된 부분에서 색변화 영역이 생겨난 것을 볼 수 있다. 이후에, 연신된 색변화 센서를 자발적으로 복원시키면 색변화 영역이 밀집되면서, 기존의 색농도 보다 더욱 높은 색감도를 나타낸다. 결과적으로, 같은 농도의 가스에 노출되었지만, 간편한 연신과정의 도입을 통해 색전이 향상을 가져올 수 있게 된다. Referring to FIG. 6, a 5 ppm H 2 S gas containing a relative humidity (95% RH) similar to the humidity of a gas coming out from the mouth of a human being at normal temperature according to Experimental Example 1 of the present invention, And the degree of embolization of the functionalized three-dimensional porous and stretchable polyurethane support color change material, which is obtained by direct exposure of the lead acetate dye for 1 minute including the process. Here, if it is directly exposed to gas in its original form without stretching, it is confirmed that the color change area is similar to the exposed area. It is seen that a color change region is generated in a portion directly exposed to the gas even when it is directly exposed to the gas in the state of being stretched. Thereafter, when the stretched color change sensor is spontaneously restored, the color change region becomes denser and exhibits a higher color sensitivity than the existing color density. As a result, although exposed to the same concentration of gas, embolization can be improved through the introduction of a simple stretching process.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 노출 전 색변화 염료가 결착된 3차원 다공성 및 신축성 폴리우레탄 지지체의 미세구조를 나타내는 도면이다. 7 is a view showing the microstructure of a three-dimensional porous and stretchable polyurethane support to which color change dyes are bonded before gas exposure according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실험예 1에 따라 상온상태에서 사람의 입에서 나오는 기체의 습도와 유사한 상대 습도 (95 %RH)를 포함한 H2S 가스에 노출되기 전의 색변화 염료가 결착된 3차원 다공성 및 신축성 폴리우레탄 지지체의 미세구조를 보여주는 주사 전자현미경 사진과 X-선 분광을 이용한 성분분석에 대한 결과를 나타낸다. Referring to FIG. 7, according to Experimental Example 1 of the present invention, the color change dye before exposure to the H 2 S gas including the relative humidity (95% RH) similar to the humidity of the gas coming out from the mouth of a person at room temperature SEM micrographs showing the microstructure of the three-dimensional porous and stretchable polyurethane scaffolds and the results of component analysis using X-ray spectroscopy.

도 7(a)에 도시된 바와 같이, 코팅과정을 통해 다공성 폴리우레탄 폼 표면에 다량의 염료 물질들이 도포되어 있는 것을 확인할 수 있다. 또한, 도 7(b)에 도시된X-선 분광을 이용한 성분분석을 통해서도 아세트산 납이 검출되는 것을 볼 수 있고, 이는 기존의 폴리우레탄 고분자가 표면에 지배적으로 노출되지 않고, 염료 물질이 표면에 균일하게 결착되어 있다는 것을 알 수 있다. 이에 반해, 황 성분은 거의 검출되지 않는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 7 (a), it can be confirmed that a large amount of dye materials are applied to the surface of the porous polyurethane foam through the coating process. Also, lead acetate was detected by analyzing the components using the X-ray spectroscopy shown in FIG. 7 (b). This indicates that the conventional polyurethane polymer was not dominantly exposed on the surface, It can be seen that they are uniformly bonded. On the contrary, it can be confirmed that almost no sulfur component is detected.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 노출 후 색변화 염료가 결착된 3차원 다공성 및 신축성 폴리우레탄 지지체의 미세구조를 나타내는 도면이다.FIG. 8 is a view showing the microstructure of a three-dimensional porous and stretchable polyurethane support to which color-changing dyes are bound after gas exposure according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 본 발명의 일 실험예 1에 따라 상온상태에서 사람의 입에서 나오는 기체의 습도와 유사한 상대 습도 (95% RH)를 포함한 H2S 가스에 노출된 후의 색변화 염료가 결착된 3차원 다공성 및 신축성 폴리우레탄 지지체의 미세구조를 보여주는 주사 전자현미경 사진과 X-선 분광을 이용한 성분분석에 대한 결과를 나타낸다. Referring to FIG. 8, according to Experimental Example 1 of the present invention, the color change dye after exposure to H 2 S gas containing relative humidity (95% RH) similar to the humidity of the gas coming out from the mouth of a person at room temperature, SEM micrographs showing the microstructure of the three-dimensional porous and stretchable polyurethane scaffolds and the results of component analysis using X-ray spectroscopy.

도 8(a)에 도시된 바와 같이, 황화수소 가스에 노출시킨 후, 도 7(a)와 같이 일부 표면에서 색변화 염료들의 형상이 변화한 것을 확인할 수 있고, 이는 황화수소와의 반응을 통해 미립의 황화납(PbS) 입자들이 형성되는 것으로 볼 수 있다. 황화납 입자의 경우, 기존의 아세트산 납에 비교하여, 짙은 갈색을 띄게 되므로, 이를 통한 색전이를 관찰할 수 있게 된다. 도 8(b)에 도시된 X-선 분광을 통해서 폴리우레탄 폼 표면에 황 성분의 구성비율이 증가한 것을 확인할 수 있고, 이는 황화수소와 반응하여 생성되는 황화납의 영향으로 이해될 수 있다.As shown in FIG. 8 (a), it can be seen that the shape of the color-changing dyes changed on some surfaces as shown in FIG. 7 (a) after exposure to the hydrogen sulfide gas, It can be seen that lead sulfide (PbS) particles are formed. In the case of the lead sulfide particles, it becomes dark brown compared to the conventional lead acetate, so that it is possible to observe the embolization through it. The X-ray spectroscopy shown in FIG. 8 (b) shows that the composition ratio of the sulfur component is increased on the surface of the polyurethane foam, which can be understood as the influence of lead sulfide produced by the reaction with hydrogen sulfide.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 아세트산 구리 색 염료가 기능화된 3차원 다공성 및 신축성 폴리우레탄 지지체 색변화 물질의 색전이 정도를 나타내는 도면이다. 9 is a graph showing the degree of embolization of functionalized three-dimensional porous and stretchable polyurethane support color-changing materials according to an embodiment of the present invention.

도 9는 본 발명의 일 실험예 1에 따라 상온상태에서 사람의 입에서 나오는 기체의 습도와 유사한 상대 습도 (95% RH)를 포함한 5 ppm 의 H2S 가스를 연신 과정 없이 혹은 연신과정을 포함하여 3분간 직접적으로 노출시켜 얻어진 아세트산 구리 색 염료가 기능화된 3차원 다공성 및 신축성 폴리우레탄 지지체 색변화 물질의 색전이 정도를 나타내는 것이다. 도 9에 나타난 바와 같이, 연신과정 없이 본래의 형태에서 가스에 직접 노출될 경우, 색변화가 일어난 영역이 노출된 지역과 유사한 것이 확인된다. 연신상태에서 가스에 직접 노출될 경우에도, 가스에 직접 노출된 부분에서 색변화 영역이 생겨난 것을 볼 수 있다. 이후에, 연신된 색변화 센서를 복원시키면 색변화 영역이 밀집 되면서, 기존의 색 농도보다 더욱 높은 색 감도를 나타낸다. 결과적으로, 같은 농도의 가스에 노출되었지만, 간편한 연신과정의 도입을 통해 색전이 향상을 가져올 수 있게 된다. FIG. 9 is a graph showing the relationship between the temperature and the relative humidity (95% RH) of the gas released from the mouth of a person at room temperature according to Experimental Example 1 of the present invention at 5 ppm of H 2 S gas, And the degree of embolization of the functionalized three-dimensional porous and stretchable polyurethane support color-changing material obtained by direct exposure to the copper color dye obtained for 3 minutes. As shown in Fig. 9, when the gas is directly exposed to the gas in its original form without stretching, it is confirmed that the color change area is similar to the exposed area. Even when the gas is directly exposed to the gas in the stretched state, a color change region appears in the portion directly exposed to the gas. Thereafter, when the stretched color change sensor is restored, the color change region becomes denser and exhibits higher color sensitivity than the existing color density. As a result, although exposed to the same concentration of gas, embolization can be improved through the introduction of a simple stretching process.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 질산은 색 염료가 기능화된 3차원 다공성 및 신축성 폴리우레탄 지지체 색변화 물질의 색전이 정도를 나타내는 도면이다. FIG. 10 is a graph showing the degree of embolization of a three-dimensional porous and stretchable polyurethane support color-changing material functionalized with a silver nitrate dye according to an embodiment of the present invention.

도 10은 본 발명의 일 실험예 1에 따라 상온상태에서 사람의 입에서 나오는 기체의 습도와 유사한 상대 습도 (95% RH)를 포함한 5 ppm 의 H2S 가스를 연신과정 없이 혹은 연신과정을 포함하여 3분간 직접적으로 노출시켜 얻어진 질산은 색 염료가 기능화된 3차원 다공성 및 신축성 폴리우레탄 지지체 색변화 물질의 색전이 정도를 나타내는 것이다. 도 10에 나타난 바와 같이, 연신과정 없이 본래의 형태에서 가스에 직접 노출될 경우, 색변화가 일어난 영역이 노출된 지역과 유사한 것이 확인이 된다. 연신상태에서 가스에 직접 노출될 경우에도, 가스에 직접 노출된 부분에서 색변화 영역이 생겨난 것을 볼 수 있다. 이후에, 연신된 색변화 센서를 복원시키면 이러한 영역이 밀집되면서, 기존의 색농도보다 더욱 높은 색감도를 나타낸다. 결과적으로, 같은 농도의 가스에 노출되었지만, 간편한 연신과정의 도입을 통해 색전이 향상을 가져올 수 있게 된다.10 is a graph showing the results of measurement of the H 2 S gas at 5 ppm including a relative humidity (95% RH) similar to the humidity of the gas coming out from the mouth of a person at room temperature under the condition of a stretching process And the degree of embolization of the 3 - dimensional porous and stretchable polyurethane support color change material functionalized with silver nitrate silver dye obtained by direct exposure for 3 minutes. As shown in FIG. 10, when the gas is directly exposed to the gas in its original form without stretching, it is confirmed that the color change area is similar to the exposed area. Even when the gas is directly exposed to the gas in the stretched state, a color change region appears in the portion directly exposed to the gas. Thereafter, when the stretched color change sensor is restored, such a region is densified and exhibits a color sensitivity higher than the existing color density. As a result, although exposed to the same concentration of gas, embolization can be improved through the introduction of a simple stretching process.

이상과 같이, 본 발명은 환경 유해가스 및 날숨 속 생체지표 기체와 반응하여 밴드구조(band structure)에 영향을 받아 가시광선에 대한 흡수파장이 달라지면서 색에 변화가 발생하여 특정가스의 존재유무를 판단할 수 있는 색변화 염료를 다양한 코팅 방법을 통해 3차원 다공성 및 신축성 지지체에 결착시킨 3차원 다공성 및 신축성 지지체 기반 색변화 센서 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다. 더 구체적으로, 색변화 염료를 특정 용매에 해리시키거나 혹은 입자상대로 분산시켜 색변화 염료 결착을 위한 최적의 색변화 염료용액을 제작하고, 이를 3차원 다공성 및 신축성 지지체에 다양한 코팅방법으로 결착시키는 것을 특징으로 한다. 본 발명에서는 3차원 다공성 및 신축성 지지체의 연신되는 성질을 이용하여 염료의 색전이를 유발시키는 가스에 노출시 연신상태를 유지하고, 이후에 자발적 복원과정을 거쳐 초기 색변화 영역의 집중을 통해, 색전이 감도의 향상을 가져오게 된다. 이러한 색변화 센서는 기존의 분자구조의 설계를 통한 염료 합성 혹은 나노사이즈의 형상 제어를 통한 비표면적의 향상보다 연신성질을 가진 폴리우레탄 폼의 물성을 활용한 것으로, 매우 간단한 방법으로 제작이 가능하다. 이렇게 얻어진 색변화 가스 센서는 매우 낮은 농도인 1 ppm 이하의 특정가스에 노출되어도, 수십 초 내로 색변화가 발생하여 환경 유해기체 감지 및 질병진단용 색변화 가스 센서로 사용될 수 있다.As described above, according to the present invention, since the absorption band of visible light is changed by reacting with environmentally harmful gas and bio-indicator gas in the exhalation, the change in color occurs, Dimensional porous and stretchable support-based color change sensor in which color change dyes that can be determined are bound to a three-dimensional porous and stretchable support through various coating methods, and a method of manufacturing the same. More specifically, the color-changing dye is dissolved or dispersed in a specific solvent to prepare an optimal color-changing dye solution for color-changing dye binding, and the resulting mixture is applied to a three-dimensional porous and stretchable support by various coating methods . In the present invention, the stretching state is maintained when exposed to a gas which induces the embolization of the dye using the three-dimensional porous and stretchable properties of the stretchable support, and after spontaneous restoration, This leads to an improvement in sensitivity. These color change sensors utilize the properties of polyurethane foam with stretch properties rather than the improvement of specific surface area through dye synthesis or nanosize shape control through the design of existing molecular structure, . The color change gas sensor thus obtained can be used as a color change gas sensor for environmentally hazardous gas detection and disease diagnosis, even if it is exposed to a very low concentration of 1 ppm or less specific gas, within a few tens of seconds.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to illustrate the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

Claims (16)

표면 또는 내부에 특정가스 분자와의 반응을 통해 색전이가 발생하는 색변화 염료가 기능화된 연신 가능한 지지체
를 포함하고,
색전이 감도의 향상을 위해, 가스 노출 시 상기 지지체의 연신상태를 유지하고, 이후 상기 지지체의 자발적인 복원과정을 통해 초기 색변화 영역을 집중시키는 것을 특징으로 하는 연신 가능한 색변화 가스 센서.A color change dye in which an embolization occurs through a reaction with a specific gas molecule on the surface or inside,
Lt; / RTI >
Wherein the stretch state of the support is maintained when the gas is exposed and then the initial color change region is concentrated through a spontaneous restoration process of the support in order to improve embossing sensitivity. 제1항에 있어서,
상기 지지체는,
다공성 구조와 신축성 특성을 가지는 3차원 다공성 및 신축성 지지체인 것
을 특징으로 하는 연신 가능한 색변화 가스 센서.The method according to claim 1,
Wherein the support comprises:
Three dimensional porous and stretchable supports with porous structure and elastic properties
Wherein the color changeable gas sensor is a color changeable gas sensor. 제1항에 있어서,
상기 지지체는,
연신되는 축 방향으로 1% 내지 300%의 가역적 연신율을 나타내고, 연신 후 수축 과정에서 색 염료의 집중 효과로 색변화 강도가 증가하는 것
을 특징으로 하는 연신 가능한 색변화 가스 센서.The method according to claim 1,
Wherein the support comprises:
A reversible elongation of 1% to 300% in the stretched axial direction, and an increase in the intensity of color change due to the concentration effect of the color dye in the shrinking process after stretching
Wherein the color changeable gas sensor is a color changeable gas sensor. 제1항에 있어서,
상기 색변화 염료는,
상기 특정가스와의 반응 시 가시광선 영역에서의 파장 시프팅(shifting), 가시광선 영역 밖으로의 파장 시프팅(shifting) 및 파장의 강도 변화 중 적어도 어느 하나 이상으로 인하여 색전이 특성을 보이는 물질을 포함하는 것
을 특징으로 하는 연신 가능한 색변화 가스 센서.The method according to claim 1,
The color-changing dye is a color-
A material exhibiting an embolization characteristic due to at least one of wavelength shifting in the visible light region, wavelength shifting in the visible light region, and wavelength intensity change in the reaction with the specific gas To do
Wherein the color changeable gas sensor is a color changeable gas sensor. 제1항에 있어서,
상기 지지체는 연신 가능한 다공성 폴리우레탄 폼으로 이루어지고,
상기 색변화 염료는, 0.1 nm 내지 10 ㎛의 직경범위를 가지는 입자 형태로 연신 가능한 다공성 폴리우레탄 폼의 표면 및 내부 중 적어도 어느 하나 이상에 균일하게 결착되는 것
을 특징으로 하는 연신 가능한 색변화 가스 센서. The method according to claim 1,
Wherein the support is made of a stretchable porous polyurethane foam,
The color-changing dye is one which uniformly binds to at least one of the surface and the interior of the stretchable porous polyurethane foam in the form of particles having a diameter ranging from 0.1 nm to 10 mu m
Wherein the color changeable gas sensor is a color changeable gas sensor. 제2항에 있어서,
상기 지지체는,
표면 및 내부에 100 nm 내지 1000 ㎛의 범위의 다수의 기공을 포함하며, 상기 기공은 타원형, 구형, 반구형, 및 반달형 중 적어도 어느 하나 이상의 형상을 가지며, 상기 기공을 통하여 기상, 액상 및 고상 중 적어도 어느 하나 이상의 물질을 담지 하거나 코팅이 가능한 것
특징으로 하는 연신 가능한 색변화 가스 센서.3. The method of claim 2,
Wherein the support comprises:
Wherein the pores have a shape of at least one of an ellipse, a sphere, a hemisphere, and a half-moon, and at least one of a gas phase, a liquid phase, and a solid phase Possible to carry or coat one or more substances
Characterized by an elongatable color change gas sensor. 제1항에 있어서,
상기 지지체는,
두께가 5 ㎛ 내지 10 cm의 범위를 가지며, 면적이 0.1 cm2 ~ 10 m2 의 범위를 가지고, 삼각형, 정사각형, 직사각형, 원형, 타원형 및 불규칙한 다각형, 불규칙한 원형 중 적어도 어느 하나의 형태를 가지는 것
을 특징으로 하는 연신 가능한 색변화 가스 센서. The method according to claim 1,
Wherein the support comprises:
Having a thickness in the range of 5 탆 to 10 탆 and having an area of 0.1 cm 2 to 10 m 2 and having at least one of a triangular shape, a square shape, a rectangular shape, a circular shape, an elliptical shape, an irregular polygonal shape,
Wherein the color changeable gas sensor is a color changeable gas sensor. 제1항에 있어서,
상기 색변화 염료는,
상기 색변화 염료의 함량이 용매 대비 중량 비율 0.01 wt% ~ 80 wt% 범위를 가지며, 특정 용매에 이온형태로 해리되어 용해되거나 용해되지 않고 균일하게 분산된 콜로이드 형태의 색변화 염료 용액을 나타내는 것
을 특징으로 하는 연신 가능한 색변화 가스 센서.The method according to claim 1,
The color-changing dye is a color-
A color change dye solution having a colloidal form in which the content of the color-changing dye is in the range of 0.01 wt% to 80 wt% relative to the solvent and uniformly dispersed in an ionic form dissociated in a specific solvent and not dissolved or dissolved
Wherein the color changeable gas sensor is a color changeable gas sensor. 연신 가능한 색변화 가스 센서 제조 방법에 있어서,
염료 물질을 용매에 용해 또는 분산시켜 특정가스와 반응 시 색변화를 일으키는 용액 상태의 색변화 염료를 제조하는 단계;
연신 가능한 지지체를 절삭하여 색변화 센서용 지지체를 제조하는 단계;
상기 색변화 염료를 이용하여 상기 지지체에 염료 입자를 코팅하는 단계; 및
상기 색변화 염료가 코팅된 상기 지지체를 수득하여 건조시키는 단계
를 포함하고,
색전이 감도의 향상을 위해, 가스 노출 시 상기 지지체의 연신상태를 유지하고, 이후 상기 지지체의 자발적인 복원과정을 통해 초기 색변화 영역을 집중시키는 것을 특징으로 하는 연신 가능한 색변화 가스 센서의 제조 방법.1. A color changeable gas sensor manufacturing method comprising:
Preparing a color change dye in a solution state in which a dye material is dissolved or dispersed in a solvent to cause a color change upon reaction with a specific gas;
Cutting the stretchable support to produce a support for a color change sensor;
Coating dye particles on the support using the color change dye; And
Obtaining the support on which the color-changing dye is coated and drying
Lt; / RTI >
Wherein the stretch state of the support is maintained at the time of gas exposure and the initial color change region is concentrated through a spontaneous restoration process of the support in order to improve embossing sensitivity. 제9항에 있어서,
상기 지지체는,
다공성 구조와 신축성 특성을 가지는 3차원 다공성 및 신축성 지지체인 것
을 특징으로 하는 연신 가능한 색변화 가스 센서의 제조 방법.10. The method of claim 9,
Wherein the support comprises:
Three dimensional porous and stretchable supports with porous structure and elastic properties
Wherein the color changeable gas sensor comprises a color changeable gas sensor. 제9항에 있어서,
상기 색변화 염료는,
Lead(II) acetate(Pb(CH3COO)2), Iron(II) acetate(Fe(CH3COO)2), Nickel(II) acetate(Ni(CH3COO)2), Copper(II) acetate(Cu(CH3COO)2), Cadmium acetate(Cd(CH3COO)2), Cobalt(II) acetate(Co(CH3COO)2), Manganese(II) acetate (Cu(CH3COO)2), Bismuth(III) acetate(Co(CH3COO)3), Silver(I) acetate(Ag(CH3COO)), Siver nitride(AgNO3) 중 적어도 하나를 포함하는 것
을 특징으로 하는 연신 가능한 색변화 가스 센서의 제조 방법.10. The method of claim 9,
The color-changing dye is a color-
Lead (II) acetate (Pb ( CH 3 COO) 2), Iron (II) acetate (Fe (CH 3 COO) 2), Nickel (II) acetate (Ni (CH 3 COO) 2), Copper (II) acetate (Cu (CH 3 COO) 2 ), Cadmium acetate (Cd (CH 3 COO) 2), Cobalt (II) acetate (Co (CH 3 COO) 2), Manganese (II) acetate (Cu (CH 3 COO) 2 ), Bismuth (III) acetate (Co (CH 3 COO) 3 ), Silver (I) acetate (Ag (CH 3 COO)) and Siver nitride (AgNO 3 )
Wherein the color changeable gas sensor comprises a color changeable gas sensor. 제9항에 있어서,
상기 색변화 염료를 이용하여 상기 지지체에 염료 입자를 코팅하는 단계는,
함침(dipping), 진공 필트레이션(vacuum filtration), 드롭 코팅(drop coating), 스핀 코팅(spin coating), 및 스프레이 코팅(spray coating) 중 적어도 어느 하나 이상을 이용하여 상기 색변화 염료를 상기 지지체에 결착시키는 것
을 특징으로 하는 연신 가능한 색변화 가스 센서의 제조 방법.10. The method of claim 9,
The step of coating the dye particles on the support using the color-
The color change dye is applied to the support using at least one of dipping, vacuum filtration, drop coating, spin coating, and spray coating. Binding
Wherein the color changeable gas sensor comprises a color changeable gas sensor. 제10항에 있어서,
상기 색변화 염료를 이용하여 상기 지지체에 염료 입자를 코팅하는 단계는,
코팅과정에서 상기 3차원 다공성 및 신축성 지지체의 기공에 포함된 기체를 제거하여, 용액 상태의 상기 색변화 염료에 해리되거나 균일하게 분산된 색변화 염료 입자의 확산이 상기 3차원 다공성 및 신축성 지지체의 내부까지 침투하여 균일하게 상기 색변화 염료의 결착이 이루어지는 것
을 특징으로 하는 연신 가능한 색변화 가스 센서의 제조 방법.11. The method of claim 10,
The step of coating the dye particles on the support using the color-
Removing the gas contained in the pores of the three-dimensional porous and stretchable support during the coating process so that the diffusion of the color-changing dye particles dissociated or uniformly dispersed in the color-changing dye in a solution state, To bind the color-changing dyes uniformly
Wherein the color changeable gas sensor comprises a color changeable gas sensor. 제9항에 있어서,
상기 색변화 염료가 코팅된 상기 지지체를 수득하여 건조시키는 단계는,
진공 필트레이션(vacuum filtration), 오븐(oven) 건조 및 자연 건조 방법 중 적어도 어느 하나 이상을 이용하여 상기 색변화 염료의 용액을 건조시키는 것
을 특징으로 하는 연신 가능한 색변화 가스 센서의 제조 방법.10. The method of claim 9,
The step of obtaining and drying the support coated with the color-
Drying the solution of the color-changing dye using at least one of vacuum filtration, oven drying and natural drying method
Wherein the color changeable gas sensor comprises a color changeable gas sensor. 제10항에 있어서,
상기 색변화 염료가 상기 지지체의 표면 및 내부 중 적어도 어느 하나 이상에 결착되어, 특정 가스에 노출되는 경우 색이 변화하여 색변화 가스 센서로 이용되는 것
을 특징으로 하는 연신 가능한 색변화 가스 센서의 제조 방법.11. The method of claim 10,
The color-changing dye binds to at least one of the surface and the interior of the support and is used as a color-change gas sensor when the color is changed when the color-change dye is exposed to a specific gas
Wherein the color changeable gas sensor comprises a color changeable gas sensor. 연신 가능한 색변화 가스 센서 제조 방법에 있어서,
대면적으로 색변화 염료가 결착된 3차원 다공성 및 신축성 지지체 기반 색변화 센서를 제조하기 위해 염료 물질을 용매에 용해 또는 분산시켜 특정가스와 반응 시 색변화를 일으키는 용액 상태의 색변화 염료를 제조하는 단계;
열가소성 폴리우레탄(thermoplatic polyurethane), 열가소성 엘라스토머(thermoplaistic Elastomer), 천연고무, 합성고무, 스판덱스, 하이드로젤(hydrogel), SBS(styrene-butaiene-styrene), 폴리다이메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 중 어느 하나 또는 둘 이상의 복합체를 지지체로 선정하고, 상기 색변화 염료를 이용하여 상기 지지체에 염료 입자를 코팅하는 단계;
상기 색변화 염료가 코팅된 상기 지지체를 수득하여 건조시키는 단계; 및
상기 색변화 염료가 코팅된 상기 지지체를 사용하기 용이한 크기로 절삭하는 단계
를 포함하고,
색전이 감도의 향상을 위해, 가스 노출 시 상기 지지체의 연신상태를 유지하고, 이후 상기 지지체의 자발적인 복원과정을 통해 초기 색변화 영역을 집중시키는 것을 특징으로 하는 연신 가능한 색변화 가스 센서의 제조 방법.1. A color changeable gas sensor manufacturing method comprising:
In order to fabricate a three-dimensional porous and stretchable support-based color-change sensor with large-area color-changing dyes, a solution-state color-change dye is produced which dissolves or disperses a dye substance in a solvent to cause color change upon reaction with a specific gas step;
Any one of thermoplastic polyurethane, thermoplastic elastomer, natural rubber, synthetic rubber, spandex, hydrogel, styrene-butadiene-styrene (SBS), and polydimethylsiloxane Or two or more complexes as a support, and coating dye particles on the support using the color-changing dye;
Obtaining and drying the support coated with the color change dye; And
Cutting the support coated with the color change dye to a size that is easy to use
Lt; / RTI >
Wherein the stretch state of the support is maintained at the time of gas exposure and the initial color change region is concentrated through a spontaneous restoration process of the support in order to improve embossing sensitivity.
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KR20240023368A (en) 2022-08-12 2024-02-21 서울과학기술대학교 산학협력단 Colorimetric film sensing device for detection of total volatile basic nitrogen and manufacturing method thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005345338A (en) * 2004-06-04 2005-12-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Coating film pigment for hydrogen gas detection, coating film for hydrogen gas detection, and hydrogen gas detection tape

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005345338A (en) * 2004-06-04 2005-12-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Coating film pigment for hydrogen gas detection, coating film for hydrogen gas detection, and hydrogen gas detection tape

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102075911B1 (en) * 2018-10-16 2020-02-12 한국생산기술연구원 Composite sensor and manufacturing method thereof
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