KR102143526B1 - Hydrogen sensor capable of reversibly detecting hydrogen gas - Google Patents

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Abstract

본 발명을 통해서 산화 몰리브덴 박막, 수소 분자를 해리하는 촉매층 및 산소 이온과 가역적으로 흡착하는 전이금속층을 포함하므로 가역적으로 수소를 검출할 수 있는 수소 센서를 제공할 수 있다.Through the present invention, it is possible to provide a hydrogen sensor capable of reversibly detecting hydrogen because it includes a molybdenum oxide thin film, a catalyst layer for dissociating hydrogen molecules, and a transition metal layer reversibly adsorbing oxygen ions.

Description

가역적인 수소 가스 검출이 가능한 수소 센서{HYDROGEN SENSOR CAPABLE OF REVERSIBLY DETECTING HYDROGEN GAS}Hydrogen sensor capable of reversible hydrogen gas detection {HYDROGEN SENSOR CAPABLE OF REVERSIBLY DETECTING HYDROGEN GAS}

본 발명은 수소 센서에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 수소 가스에 노출되면 색 및 저항 변화가 발생하여 가역적으로 수소 가스를 검출할 수 있는 수소 센서에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen sensor, and more specifically, to a hydrogen sensor capable of reversibly detecting hydrogen gas by changing color and resistance when exposed to hydrogen gas.

현재 수소는 석유 화학, 전자, 재료, 반도체, 철강 및 우주 항공 산업 등 세계적으로 다양한 산업 현장에 이용되고 있다. 특히, 선진국의 온실 가스 감축 의무 이행에 따른 수소 에너지의 성장세는 더욱 높아질 것을 전망되고, 신재생 에너지에 대한 관심이 증가하면서, 수소 가스를 연료로 사용하는 연료전지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히, 이러한 연료전지를 자동차에 적용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.Currently, hydrogen is used in various industrial sites around the world such as petrochemical, electronics, materials, semiconductor, steel and aerospace industries. In particular, it is expected that the growth of hydrogen energy will increase further due to the fulfillment of greenhouse gas reduction obligations of advanced countries, and as interest in new and renewable energy increases, research on fuel cells using hydrogen gas as fuel is being actively conducted. In particular, research for applying such fuel cells to automobiles is being actively conducted.

하지만, 수소 가스는 공기 중에 4 % 이상의 농도일 때, 불꽃이나 전기충격 등에 외부 요인에 의해 수소 가스가 점화될 수 있으므로, 연료전지를 자동차에 적용하기 위해서는 수소의 폭발 위험성으로 인하여 수소 연료의 안전 확보가 필수적으로 요구된다. 수소 연료의 안전 확보를 위해서는 저농도 및 고농도 수소를 안정적으로 그리고 효율적으로 감지해야하므로, 이에 대한 경보시스템으로서 수소 센서가 필수적이다.However, when hydrogen gas has a concentration of 4% or more in the air, hydrogen gas may be ignited by external factors such as sparks or electric shocks. Therefore, in order to apply a fuel cell to a vehicle, the safety of hydrogen fuel is secured due to the risk of hydrogen explosion. Is required. In order to secure the safety of hydrogen fuel, it is necessary to stably and efficiently detect low and high concentration hydrogen, so a hydrogen sensor is essential as an alarm system for this.

그러나, 기존의 전기식 센서는 외부 전원 및 전기적 연결이 필수적이거나, 비가역적으로 수소와 반응하는 일회성 센서가 대부분이었다. 따라서 연속적으로 가스 형태의 수소를 검출 할 수 있고, 직관적인 검지 방식의 수소 센서가 필요하다.However, most of the conventional electric sensors require external power and electrical connection, or one-time sensors that irreversibly react with hydrogen. Therefore, it is possible to continuously detect gaseous hydrogen, and a hydrogen sensor with an intuitive detection method is required.

본 발명의 목적은 가역적인 색변화뿐만 아니라 전기적 저항 변화를 통해 수소 가스를 검출할 수 있는 수소 센서를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a hydrogen sensor capable of detecting hydrogen gas through a change in electrical resistance as well as a reversible color change.

본 발명의 일 목적을 위한 수소 센서는 산화 몰리브덴(MoO3) 박막; 상기 산화 몰리브덴 박막 상에 위치하고, 수소 분자를 해리하는 제1 촉매층; 및 상기 제1 촉매층 상에 위치하고, 산소 이온과 가역적으로 흡착 및 탈착 반응을 하는 전이금속층;을 포함한다.A hydrogen sensor for one object of the present invention is a molybdenum oxide (MoO 3 ) thin film; A first catalyst layer disposed on the molybdenum oxide thin film and dissociating hydrogen molecules; And a transition metal layer positioned on the first catalyst layer and performing reversibly adsorption and desorption reactions with oxygen ions.

일 실시예에서 상기 제1 촉매층은 백금(Pt) 또는 팔라듐(Pd)을 포함할 수 있다.In an embodiment, the first catalyst layer may include platinum (Pt) or palladium (Pd).

일 실시예에서 상기 전이금속층은 니켈을 포함할 수 있다.In one embodiment, the transition metal layer may include nickel.

일 실시예에서 상기 전이금속층 상에 위치하고, 수소 분자를 해리하는 제2 촉매층을 더 포함할 수 있다.In an embodiment, a second catalyst layer disposed on the transition metal layer and dissociating hydrogen molecules may be further included.

일 실시예에서 상기 제2 촉매층은 백금(Pt) 또는 팔라듐(Pd)을 포함할 수 있다.In one embodiment, the second catalyst layer may include platinum (Pt) or palladium (Pd).

일 실시예에서 상기 산화 몰리브덴 박막에 전기적으로 연결되어 상기 산화 몰리브덴 박막의 전기적 저항 변화를 측정하는 저항측정부를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, a resistance measuring unit may be further included that is electrically connected to the molybdenum oxide thin film to measure a change in electrical resistance of the molybdenum oxide thin film.

일 실시예에서 상기 산화 몰리브덴 박막의 두께는 200 내지 400 nm 일 수 있고, 상기 산화 몰리브덴 박막 상에 적층된 상기 제1 촉매층 및 상기 전이금속층의 전체 두께는 2 내지 6 nm일 수 있다.In one embodiment, the thickness of the molybdenum oxide thin film may be 200 to 400 nm, and the total thickness of the first catalyst layer and the transition metal layer stacked on the molybdenum oxide thin film may be 2 to 6 nm.

일 실시예에서 상기 전이금속층의 두께는 0.1 nm 내지 2 nm일 수 있다.In one embodiment, the thickness of the transition metal layer may be 0.1 nm to 2 nm.

일 실시예에서 상기 제1 촉매층의 두께는 1 nm 내지 5 nm 일 수 있고, 일 실시예에서 상기 제2 촉매층의 두께는 1 nm 내지 5 nm 일 수 있다.In one embodiment, the thickness of the first catalyst layer may be 1 nm to 5 nm, and in one embodiment, the thickness of the second catalyst layer may be 1 nm to 5 nm.

본 발명의 다른 목적을 위한 수소 센서는 산화 몰리브덴(MoO3) 박막; 상기 산화 몰리브덴 박막 상에 위치하고, 산소 이온과 가역적으로 흡착 및 탈착 반응을 하는 전이금속층; 및 상기 전이금속층 상에 위치하고, 수소 분자를 해리하는 촉매층;을 포함한다.A hydrogen sensor for another object of the present invention is a molybdenum oxide (MoO 3 ) thin film; A transition metal layer disposed on the molybdenum oxide thin film and performing reversibly adsorption and desorption reactions with oxygen ions; And a catalyst layer disposed on the transition metal layer and dissociating hydrogen molecules.

일 실시예에서 상기 전이금속층은 니켈(Ni)을 포함할 수 있고, 상기 촉매층은 백금(Pt) 또는 팔라듐(Pd)을 포함할 수 있다.In one embodiment, the transition metal layer may include nickel (Ni), and the catalyst layer may include platinum (Pt) or palladium (Pd).

일 실시예에서 상기 산화 몰리브덴 박막에 전기적으로 연결되어 상기 산화 몰리브덴 박막의 전기적 저항 변화를 측정하는 저항측정부를 더 포함할 수 있다.In an embodiment, a resistance measuring unit may be further included that is electrically connected to the molybdenum oxide thin film to measure a change in electrical resistance of the molybdenum oxide thin film.

일 실시예에서 상기 산화 몰리브덴 박막의 두께는 200 내지 400 nm일 수 있고, 상기 전이금속층 및 상기 촉매층의 전체 두께는 2 내지 6 nm 일 수 있다.In one embodiment, the thickness of the molybdenum oxide thin film may be 200 to 400 nm, and the total thickness of the transition metal layer and the catalyst layer may be 2 to 6 nm.

본 발명의 수소 센서는 수소 가스에 노출되면, 옅은 보라색에서 짙은 남색으로 색이 변하기 때문에, 다양한 산업 현장에서 이용되는 수소 가스의 누출을 정확히 파악할 수 있고 따라서 인적 재산 및 물적 재산을 효과적으로 보호 할 수 있다.Since the hydrogen sensor of the present invention changes color from pale purple to dark blue when exposed to hydrogen gas, it is possible to accurately grasp the leakage of hydrogen gas used in various industrial sites, and thus can effectively protect human and physical property. .

또한 종래의 산화 몰리브덴 수소 센서는 비가역적으로 수소를 검출했던 것과 달리, 본 발명의 촉매는 촉매 금속으로 니켈을 포함함으로써, 수소와 가역적으로 반응하므로, 연속적으로 수소 센서를 재사용하여 수소를 검출할 수 있다는 장점이 있다.In addition, unlike the conventional molybdenum oxide hydrogen sensor that irreversibly detects hydrogen, the catalyst of the present invention contains nickel as a catalytic metal, so that it reacts reversibly with hydrogen, so it is possible to continuously reuse the hydrogen sensor to detect hydrogen. There is an advantage that there is.

도 1 내지 4는 본 발명의 실시예에 따른 수소 센서들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 5는 본 발명의 수소 검출 메커니즘을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 본 발명의 실시예에 따른 제조방법을 나타낸 도면이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 수소 센서의 특성 평가를 나타낸 도면들이다.1 to 4 are views for explaining hydrogen sensors according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram showing a hydrogen detection mechanism of the present invention.
6 is a view showing a manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
7 to 9 are views showing evaluation of characteristics of a hydrogen sensor according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention can be applied to various changes and may have various forms, and specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to specific disclosure forms, and it should be understood that all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention are included. In describing each drawing, similar reference numerals are used for similar components. In the accompanying drawings, the dimensions of the structures are shown to be enlarged than actual in order to clarify the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from other components. For example, the first component may be referred to as a second component without departing from the scope of the present invention, and similarly, the second component may be referred to as a first component.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "include" or "have" are intended to indicate that a feature, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, one or more other features or steps. It should be understood that it does not preclude the existence or addition possibility of the operation, components, parts or combinations thereof.

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

본 발명의 일 실시예에 따른 수소 센서는 산화 몰리브덴(MoO3) 박막; 상기 산화 몰리브덴 박막 상에 위치하고, 수소 분자를 해리하는 제1 촉매층; 및 상기 제1 촉매층 상에 위치하고, 산소 이온과 가역적으로 흡착 및 탈착 반응을 하는 전이금속층;을 포함한다.A hydrogen sensor according to an embodiment of the present invention includes a molybdenum oxide (MoO 3 ) thin film; A first catalyst layer disposed on the molybdenum oxide thin film and dissociating hydrogen molecules; And a transition metal layer positioned on the first catalyst layer and performing reversibly adsorption and desorption reactions with oxygen ions.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 수소 센서는 산화 몰리브덴(MoO3) 박막; 상기 산화 몰리브덴 박막 상에 위치하고, 산소 이온과 가역적으로 흡착 및 탈착 반응을 하는 전이금속층; 및 상기 전이금속층 상에 위치하고, 수소 분자를 해리하는 촉매층;을 포함한다.In addition, a hydrogen sensor according to another embodiment of the present invention includes a molybdenum oxide (MoO 3 ) thin film; A transition metal layer disposed on the molybdenum oxide thin film and performing reversibly adsorption and desorption reactions with oxygen ions; And a catalyst layer disposed on the transition metal layer and dissociating hydrogen molecules.

도 1 내지 4는 본 발명의 실시예에 따른 수소 센서들을 설명하기 위한 도면들이다.1 to 4 are views for explaining hydrogen sensors according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 센서(100)는 기판(200), 산화 몰리브덴(MoO3) 박막(300), 제1 촉매층(410) 및 전이금속층(500)을 포함할 수 있다.1, a hydrogen sensor 100 according to an embodiment of the present invention includes a substrate 200, a molybdenum oxide (MoO 3 ) thin film 300, a first catalyst layer 410, and a transition metal layer 500 can do.

상기 수소 센서(100)는 상기 기판(200) 상에 상기 산화 몰리브덴 박막(300)이 위치할 수 있고, 상기 산화 몰리브덴 박막(300) 상에 상기 제1 촉매층(410)이 위치할 수 있으며, 상기 제1 촉매층(410) 상에 상기 전이금속층(500)이 위치할 수 있다.In the hydrogen sensor 100, the molybdenum oxide thin film 300 may be positioned on the substrate 200, the first catalyst layer 410 may be positioned on the molybdenum oxide thin film 300, and the The transition metal layer 500 may be positioned on the first catalyst layer 410.

상기 기판(200)의 물질 및 구조는 상기 산화 몰리브덴 박막(300)을 안정적으로 지지할 수 있다면, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 상기 기판(150)으로는 유리 기판, 절연성 고분자 기판 또는 반도체 기판 등이 사용될 수 있다.The material and structure of the substrate 200 are not particularly limited as long as it can stably support the molybdenum oxide thin film 300. For example, as the substrate 150, a glass substrate, an insulating polymer substrate, or a semiconductor substrate may be used.

상기 산화 몰리브덴 박막(300)은 기판(200) 상에 산화 몰리브덴을 증착시킨 필름 형태일 수 있고, 상기 산화 몰리브덴 박막(300)은 비정질(amorphous) 산화 몰리브덴으로 형성된 것일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 산화 몰리브덴 박막(300)의 두께는 150 내지 450 일 수 있다. 예를 들어 200 내지 400 nm 일 수 있다. 상기 산화 몰리브덴 박막(300)의 두께가 150 nm 미만일 때는 색변화 반응 특성이 적어 성능이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있고, 상기 산화 몰리브덴 박막(300)의 두께가 500 nm을 초과하는 경우에는 초기 투과도가 떨어져 색변화 반응을 육안으로 확인하기 어려운 문제가 발생할 수 있다.The molybdenum oxide thin film 300 may be in the form of a film in which molybdenum oxide is deposited on the substrate 200, and the molybdenum oxide thin film 300 may be formed of an amorphous molybdenum oxide. In one embodiment, the thickness of the molybdenum oxide thin film 300 may be 150 to 450. For example, it may be 200 to 400 nm. When the thickness of the molybdenum oxide thin film 300 is less than 150 nm, there may be a problem that the color change reaction characteristics are low, resulting in poor performance, and when the thickness of the molybdenum oxide thin film 300 exceeds 500 nm, the initial transmittance decreases. There may be a problem that makes it difficult to check the color change reaction with the naked eye.

한편, 본 발명의 수소 센서(100)가 수소 가스에 노출되면, 상기 수소 센서(100)의 상기 산화 몰리브덴 박막(300)에 수소 가스로부터 해리된 수소 이온이 충돌하여 산화 몰리브덴에 산소 빈자리(Oxygen Vacancy)가 발생할 수 있고, 산화 몰리브덴에서 산소 이온이 발생될 수 있다. 또한 상기 수소 이온들은 산소와 결합하여 물 분자(H2O)를 생성할 수 있다. 따라서 산화 몰리브덴 박막(300)의 색, 투과도 및 전기적 저항 값이 변화할 수 있고, 이를 통해서 수소 가스를 검출할 수 있다.On the other hand, when the hydrogen sensor 100 of the present invention is exposed to hydrogen gas, hydrogen ions dissociated from the hydrogen gas collide with the molybdenum oxide thin film 300 of the hydrogen sensor 100, and oxygen vacancies in the molybdenum oxide. ) May occur, and oxygen ions may be generated from molybdenum oxide. In addition, the hydrogen ions may be combined with oxygen to generate water molecules (H 2 O). Accordingly, the color, transmittance and electrical resistance values of the molybdenum oxide thin film 300 may be changed, and hydrogen gas may be detected through this.

상기 제1 촉매층(410)은 수소 분자를 수소 원자 또는 수소 이온으로 해리시킬 수 있는 촉매 금속으로 형성될 수 있다. 상기 제1 촉매층(410)은 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 은(Ag), 금(Au), 코발트(Co) 및 이들의 합금 등을 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 제1 촉매층(410)은 백금 또는 팔라듐을 포함할 수 있고, 백금을 포함하는 박막 형태의 백금층일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 제1 촉매층(410)의 두께는 1 nm 내지 5 nm 일 수 있다. 상기 제1 촉매층(410)의 두께가 1 nm 미만일 때는 제1 촉매층(410)의 촉매 금속이 수소 분자를 충분히 해리하지 못하는 문제점이 발생할 수 있고 안정성이 떨어질 수 있으며, 5 nm를 초과하는 경우에는 수소 이온이 상기 산화 몰리브덴 박막(300)에 접근하지 못하여 색변화반응 특성이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.The first catalyst layer 410 may be formed of a catalyst metal capable of dissociating hydrogen molecules into hydrogen atoms or hydrogen ions. The first catalyst layer 410 may include platinum (Pt), palladium (Pd), iridium (Ir), rhodium (Rh), silver (Ag), gold (Au), cobalt (Co), and alloys thereof. I can. For example, the first catalyst layer 410 may include platinum or palladium, and may be a platinum layer in the form of a thin film including platinum. In one embodiment, the thickness of the first catalyst layer 410 may be 1 nm to 5 nm. When the thickness of the first catalyst layer 410 is less than 1 nm, the catalyst metal of the first catalyst layer 410 may not sufficiently dissociate hydrogen molecules, and stability may be degraded. If the thickness exceeds 5 nm, hydrogen Since ions do not access the molybdenum oxide thin film 300, there may be a problem in that the color change reaction characteristics are deteriorated.

상기 전이금속층(500)은 산소 이온과 가역적으로 흡착 및 탈착 반응을 할 수 있는 전이금속으로 형성될 수 있다. 상기 전이금속층(500)은 니켈(Ni), 스칸듐(Sc), 티타늄(Ti), 망간(Mn), 철(Fe), 구리(Cu), 코발트(Co), 세륨(Ce), 은(Ag), 지르코늄(Zr), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 로듐(Rh), 루테늄(Ru) 등으로부터 선택된 하나 이상의 물질로 형성될 수 있다. 일 실시예에서 상기 전이금속층(500)은 니켈을 포함할 수 있고, 바람직하게는 니켈을 포함하는 박막 형태의 니켈층일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 전이금속층(500)의 두께는 0.1 nm 내지 2 nm 일 수 있다. 상기 전이금속층(500)의 두께가 0.1 nm 미만일 때는 전이금속층(500)의 전이금속이 산소 이온을 충분히 흡착 및 탈착할 수 없어, 가역적인 수소 검출이 어려울 수 있고, 수소 센서(100)의 안정성이 떨어질 수 있다. 2 nm를 초과하는 경우에는 해리된 수소 이온의 이동이 어려울 수 있다.The transition metal layer 500 may be formed of a transition metal capable of reversibly adsorbing and desorbing oxygen ions. The transition metal layer 500 is nickel (Ni), scandium (Sc), titanium (Ti), manganese (Mn), iron (Fe), copper (Cu), cobalt (Co), cerium (Ce), silver (Ag) ), zirconium (Zr), palladium (Pd), platinum (Pt), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), or the like. In one embodiment, the transition metal layer 500 may include nickel, and preferably may be a nickel layer in the form of a thin film including nickel. In one embodiment, the thickness of the transition metal layer 500 may be 0.1 nm to 2 nm. When the thickness of the transition metal layer 500 is less than 0.1 nm, the transition metal of the transition metal layer 500 cannot sufficiently adsorb and desorb oxygen ions, making it difficult to detect reversible hydrogen, and the stability of the hydrogen sensor 100 It can fall. If it exceeds 2 nm, it may be difficult to move the dissociated hydrogen ions.

본 발명의 수소 센서(100)가 수소 가스에 노출되면, 상기 수소 센서(100)의 제1 촉매층(410)에 존재하는 촉매 금속에 의해 수소 분자들이 수소 이온으로 해리될 수 있다. 해리된 상기 수소 이온들이 상기 산화 몰리브덴 박막(300)의 산화 몰리브덴과 충돌하면, 상기 산화 몰리브덴으로부터 산소 이온이 발생될 수 있고 상기 산화 몰리브덴에 산소 빈자리가 발생될 수 있다. 이때, 상기 전이금속층(500)에 니켈이 존재하는 경우, 산화 몰리브덴으로부터 발생한 상기 산소 이온을 상기 니켈이 흡착할 수 있다. 이어서 수소 가스가 제거되고 일정 시간이 경과하면, 상기 니켈에 흡착된 산소 이온이 다시 산화 몰리브덴으로 제공될 수 있다. 이를 통해 니켈을 포함하는 전이금속층(500)을 포함하는 본 발명의 수소 센서(100)는 가역적인 반응을 할 수 있다는 것을 알 수 있다. 따라서 본 발명을 통해 일회성 수소 가스 검출이 아닌 가역적이고 연속적으로 수소 가스를 검출 할 수 있는 수소 센서(100)를 제공할 수 있다.When the hydrogen sensor 100 of the present invention is exposed to hydrogen gas, hydrogen molecules may be dissociated into hydrogen ions by a catalyst metal present in the first catalyst layer 410 of the hydrogen sensor 100. When the dissociated hydrogen ions collide with molybdenum oxide of the molybdenum oxide thin film 300, oxygen ions may be generated from the molybdenum oxide and oxygen vacancies may be generated in the molybdenum oxide. In this case, when nickel is present in the transition metal layer 500, the nickel may adsorb the oxygen ions generated from molybdenum oxide. Subsequently, when the hydrogen gas is removed and a predetermined time elapses, oxygen ions adsorbed on the nickel may be provided as molybdenum oxide again. Through this, it can be seen that the hydrogen sensor 100 of the present invention including the transition metal layer 500 including nickel can perform a reversible reaction. Therefore, through the present invention, it is possible to provide a hydrogen sensor 100 capable of detecting hydrogen gas reversibly and continuously instead of detecting one-time hydrogen gas.

도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수소 센서(110)는 기판(200), 산화 몰리브덴 박막(300), 제1 촉매층(410) 및 전이금속층(500)을 포함할 수 있고, 제2 촉매층(420)을 더 포함할 수 있다.2, the hydrogen sensor 110 according to another embodiment of the present invention may include a substrate 200, a molybdenum oxide thin film 300, a first catalyst layer 410 and a transition metal layer 500, A second catalyst layer 420 may be further included.

도 2에 나타낸, 수소 센서(110)는 상기 기판(200) 상에 상기 산화 몰리브덴 박막(300)이 위치할 수 있고, 상기 산화 몰리브덴 박막(300) 상에 상기 제1 촉매층(410)이 위치할 수 있으며, 상기 제1 촉매층(410) 상에 상기 전이금속층(500)이 위치할 수 있다. 그리고 상기 전이금속층(500) 상에 상기 제2 촉매층(420)이 위치할 수 있다.In the hydrogen sensor 110 shown in FIG. 2, the molybdenum oxide thin film 300 may be positioned on the substrate 200, and the first catalyst layer 410 may be positioned on the molybdenum oxide thin film 300. The transition metal layer 500 may be positioned on the first catalyst layer 410. In addition, the second catalyst layer 420 may be positioned on the transition metal layer 500.

상기 제2 금속층(420)은 수소 분자를 수소 원자 또는 수소 이온으로 해리시킬 수 있는 촉매 금속으로 형성될 수 있다. 상기 제2 촉매층(420)은 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 로듐(Rh), 은(Ag), 금(Au), 코발트(Co) 및 이들의 합금 등을 포함할 수 있다. 바람직하게 상기 제2 촉매층(420)은 백금 또는 팔라듐을 포함할 수 있고, 예를 들어 백금을 포함하는 박막 형태의 백금층일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 제2 촉매층(420)의 두께는 1 nm 내지 5 nm 일 수 있다. 상기 제2 촉매층(420)의 두께가 1 nm 미만일 때는 제2 촉매층(420)의 촉매 금속이 수소 분자를 충분히 해리하지 못하는 문제점이 발생할 수 있고 안정성이 떨어질 수 있다. 5 nm를 초과하는 경우에는 수소 이온이 상기 산화 몰리브덴 박막(300)에 접근하지 못하여 색변화 반응 특성이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있다.The second metal layer 420 may be formed of a catalyst metal capable of dissociating hydrogen molecules into hydrogen atoms or hydrogen ions. The second catalyst layer 420 may include platinum (Pt), palladium (Pd), iridium (Ir), rhodium (Rh), silver (Ag), gold (Au), cobalt (Co), and alloys thereof. I can. Preferably, the second catalyst layer 420 may include platinum or palladium, and may be, for example, a platinum layer in the form of a thin film including platinum. In one embodiment, the thickness of the second catalyst layer 420 may be 1 nm to 5 nm. When the thickness of the second catalyst layer 420 is less than 1 nm, the catalyst metal of the second catalyst layer 420 may not sufficiently dissociate hydrogen molecules, and stability may be degraded. When it exceeds 5 nm, hydrogen ions cannot access the molybdenum oxide thin film 300, and thus a color change reaction characteristic may be deteriorated.

도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 수소 센서(120)는 기판(200), 산화 몰리브덴 박막(300), 전이금속층(500) 및 촉매층(400)을 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3, the hydrogen sensor 120 according to another embodiment of the present invention may include a substrate 200, a molybdenum oxide thin film 300, a transition metal layer 500, and a catalyst layer 400.

도 3에 나타낸, 수소 센서(120)는 상기 수소 센서(120)는 상기 기판(200) 상에 상기 산화 몰리브덴 박막(300)이 위치할 수 있고, 상기 산화 몰리브덴 박막(300) 상에 상기 전이금속층(500)이 위치할 수 있으며, 상기 전이금속층(500) 상에 상기 제1 촉매층(410)이 위치할 수 있다.As shown in FIG. 3, the hydrogen sensor 120 includes the molybdenum oxide thin film 300 on the substrate 200, and the transition metal layer on the molybdenum oxide thin film 300. 500 may be positioned, and the first catalyst layer 410 may be positioned on the transition metal layer 500.

상기 수소 센서(120)의 촉매층(400)은 도 1을 참조하여 설명한 수소 센서(100)의 제1 촉매층(410) 및 도 2를 참조하여 설명한 수소 센서(110)의 제2 촉매층(420)과 실질적으로 동일하므로 이들에 대한 중복된 상세한 설명은 생략한다.The catalyst layer 400 of the hydrogen sensor 120 includes the first catalyst layer 410 of the hydrogen sensor 100 described with reference to FIG. 1 and the second catalyst layer 420 of the hydrogen sensor 110 described with reference to FIG. Since they are substantially the same, duplicate detailed descriptions thereof will be omitted.

일 실시예에 있어서, 상기 산화 몰리브덴 박막(300) 상에 위치하는, 도 1에 나타낸 수소 센서(100)의 제1 촉매층(410) 및 전이금속층(500)을 포함하는 금속층(600)의 두께는 10 nm 이하 일 수 있고, 예를 들어 2 내지 6 nm 일 수 있다. 도 2의 수소 센서(110)에 나타낸 제1 촉매층(410), 전이금속층(500) 및 제2 촉매층(420)을 포함하는 금속층(610) 및 도 3의 수소 센서(120)에 나타낸 전이금속층(500) 및 촉매층(400)을 포함하는 금속층(620)들의 두께 또한 10 nm 이하 일 수 있고, 예를 들어 2 내지 6 nm 일 수 있다.In one embodiment, the thickness of the metal layer 600 including the first catalyst layer 410 and the transition metal layer 500 of the hydrogen sensor 100 shown in FIG. 1 positioned on the molybdenum oxide thin film 300 is It may be 10 nm or less, for example, 2 to 6 nm. The metal layer 610 including the first catalyst layer 410, the transition metal layer 500, and the second catalyst layer 420 shown in the hydrogen sensor 110 of FIG. 2, and the transition metal layer shown in the hydrogen sensor 120 of FIG. 500) and the thickness of the metal layers 620 including the catalyst layer 400 may also be 10 nm or less, for example, 2 to 6 nm.

일 실시예에 있어서, 본 발명의 도 1 내지 4에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 센서들(100, 110, 120, 150)은 상기 산화 몰리브덴 박막(300)에 전기적으로 연결되어 상기 산화 몰리브덴 박막(300)의 전기적 저항 변화를 측정하는 저항측정부를 더 포함할 수 있다. 수소 가스가 존재하면, 상기 수소 센서들의 상기 산화 몰리브덴 박막(300)의 이온 변화 및 물 분자 생성 등으로 인하여 전기적 저항 값이 변화하고, 이러한 변화를 통해서 수소 가스의 유무를 확인할 수 있다.In an embodiment, the hydrogen sensors 100, 110, 120, 150 according to an embodiment of the present invention shown in FIGS. 1 to 4 of the present invention are electrically connected to the molybdenum oxide thin film 300 to be oxidized. A resistance measuring unit for measuring a change in electrical resistance of the molybdenum thin film 300 may be further included. When hydrogen gas is present, the electrical resistance value changes due to ion change and water molecule generation of the molybdenum oxide thin film 300 by the hydrogen sensors, and the presence or absence of hydrogen gas can be checked through such change.

본 발명의 수소 센서에 상기 저항측정부가 연결되면 상기 수소 센서의 전기적 저항 변화를 측정할 수 있어, 상기 수소 센서가 수소 가스에 노출되어 짙은 색을 나타내었다가 수소 가스가 제거되고 일정 시간이 지나 다시 옅은 색을 나타내더라도, 수소 가스가 누출되었는지를 확인 할 수 있다. 따라서 본 발명의 저항측정부가 연결된 수소 센서를 이용하면 수소 센서를 계속적으로 모니터링 하지 않아도 수소 가스 누출 히스토리(history)를 확인할 수 있다는 장점이 있다.When the resistance measuring unit is connected to the hydrogen sensor of the present invention, it is possible to measure the change in electrical resistance of the hydrogen sensor, so that the hydrogen sensor is exposed to hydrogen gas to show a dark color, and then the hydrogen gas is removed and a certain time passes. Even if the color is light, it can be checked whether hydrogen gas has leaked. Therefore, if the hydrogen sensor connected to the resistance measuring unit of the present invention is used, there is an advantage in that the hydrogen gas leak history can be checked without continuously monitoring the hydrogen sensor.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 센서(150)는 기판으로 유리 기판(250)을 사용하였고, 상기 유리 기판(250) 상에 비정질 산화 몰리브덴 박막(350)이 위치하였다. 그리고 상기 비정질 산화 몰리브덴 박막(350) 상에 제1 촉매층으로 백금층(450)이 위치하였고, 상기 백금층(450) 상에 전이금속층으로 니켈층(550)이 위치하였으며, 상기 니켈층(550) 상에 제2 촉매층으로 백금층(460)이 위치하였다. 일 실시예에서 도 4의 나타낸 상기 수소 센서(150)의 상기 산화 몰리브덴 박막(350)의 두께는 300 nm(± 10 %)였고, 상기 금속층(650)의 두께는 약 4.5 nm(± 10 %)였다.Referring to FIG. 4, the hydrogen sensor 150 according to an embodiment of the present invention uses a glass substrate 250 as a substrate, and an amorphous molybdenum oxide thin film 350 is positioned on the glass substrate 250. In addition, a platinum layer 450 was positioned as a first catalyst layer on the amorphous molybdenum oxide thin film 350, a nickel layer 550 was positioned as a transition metal layer on the platinum layer 450, and the nickel layer 550 A platinum layer 460 was positioned as a second catalyst layer thereon. In one embodiment, the thickness of the molybdenum oxide thin film 350 of the hydrogen sensor 150 shown in FIG. 4 was 300 nm (± 10%), and the thickness of the metal layer 650 was about 4.5 nm (± 10%). Was.

한편, 니켈을 포함하는 전이금속층(500)을 포함하지 않는 수소 센서의 경우, 상기 수소 센서가 고농도의 수소 가스에 노출되면, 골절(fracture)이 발생할 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따라 니켈을 포함하는 전이금속층(500)을 포함하는 수소 센서의 경우에는 안정성이 향상되어, 고농도의 수소 가스에 노출되어도 골절 발생을 방지할 수 있다.On the other hand, in the case of a hydrogen sensor that does not include the transition metal layer 500 containing nickel, when the hydrogen sensor is exposed to a high concentration of hydrogen gas, fracture may occur, but according to an embodiment of the present invention, nickel In the case of the hydrogen sensor including the transition metal layer 500 including, stability is improved, and even when exposed to a high concentration of hydrogen gas, fractures can be prevented.

도 5는 본 발명의 수소 검출 메커니즘을 나타낸 도면이다. 도 5를 참조하면 본 발명의 센서가 수소 가스에 노출될 경우, 수소 분자들이 상기 센서의 백금 나노 입자들과 접촉 할 수 있다(1). 상기 수소 분자들과 상기 백금 나노 입자가 접촉하게 되면, 상기 수소 분자들은 수소 이온으로 분해될 수 있다(2). 분해된 상기 수소 이온들은 센서에 포함된 비정질 산화 몰리브덴에 접근할 수 있고(3), 상기 수소 이온들과 산화 몰리브덴이 충돌하여(4) 산소 빈자리와 산소 이온이 발생할 수 있다(5). 또한 상기 수소 이온들은 산소와 결합하여 물 분자를 생성할 수 있고, 이를 통해서 센서의 색이 변하는 변색 또는 착색 반응이 발생할 수 있다.5 is a diagram showing a hydrogen detection mechanism of the present invention. Referring to FIG. 5, when the sensor of the present invention is exposed to hydrogen gas, hydrogen molecules may contact platinum nanoparticles of the sensor (1). When the hydrogen molecules come into contact with the platinum nanoparticles, the hydrogen molecules may be decomposed into hydrogen ions (2). The decomposed hydrogen ions can access the amorphous molybdenum oxide contained in the sensor (3), and the hydrogen ions and molybdenum oxide collide (4), and oxygen vacancies and oxygen ions can be generated (5). In addition, the hydrogen ions may combine with oxygen to generate water molecules, through which a discoloration or color reaction in which the color of the sensor changes may occur.

본 발명의 수소 센서는 수소 가스에 노출되면, 옅은 보라색에서 짙은 남색으로 색이 변하기 때문에, 다양한 산업 현장에서 이용되는 수소 가스의 누출을 정확하고 쉽게 파악할 수 있고, 따라서 인적 재산 및 물적 재산을 효과적으로 보호 할 수 있다. 또한 종래의 산화 몰리브덴 수소 센서는 비가역적으로 수소를 검출했던 것과 달리, 본 발명의 촉매는 촉매 금속으로 니켈을 포함함으로써, 수소와 가역적으로 반응하므로, 연속적으로 수소 센서를 재사용하여 수소를 검출할 수 있다는 장점이 있다.Since the hydrogen sensor of the present invention changes color from pale purple to dark blue when exposed to hydrogen gas, leakage of hydrogen gas used in various industrial sites can be accurately and easily identified, thus effectively protecting human and physical property. can do. In addition, unlike the conventional molybdenum oxide hydrogen sensor that irreversibly detects hydrogen, the catalyst of the present invention contains nickel as a catalytic metal, so that it reacts reversibly with hydrogen, so it is possible to continuously reuse the hydrogen sensor to detect hydrogen. There is an advantage that there is.

또한, 본 발명의 수소 센서는 수소 가스의 유무에 따라 상기 수소 센서의 상기 산화 몰리브덴 박막에서 수소 및 산소 이온 이동 및 물 분자가 발생함으로 인해 상기 산화 몰리브덴 박막에 전기적 저항이 변화할 수 있다. 이를 통해서 수소 센서의 색 변화를 확인하지 못한 기간에도 수소 가스가 검출되었는지 수소 가스 노출 히스토리를 확인 할 수 있다.In addition, in the hydrogen sensor of the present invention, the electric resistance of the molybdenum oxide thin film may change due to the movement of hydrogen and oxygen ions and water molecules in the molybdenum oxide thin film of the hydrogen sensor according to the presence or absence of hydrogen gas. Through this, it is possible to check the hydrogen gas exposure history whether hydrogen gas was detected even during the period when the color change of the hydrogen sensor was not confirmed.

도 6은 본 발명의 본 발명의 실시예에 따른 제조방법을 나타낸 도면이다. 구체적으로 도 6은 본 발명의 수소 센서 제조방법 및 특성 평가를 순서대로 나타낸 도면으로, 크게 세척(cleaning), 스퍼터링(sputtering), 증착(evaporator), 수소 가스 반응 시험 및 회복 시험 단계로 나타낼 수 있다. 도 4를 참조하면 아세톤(Acetone), 메탄올(Methanol) 및 탈이온수(D.I.Water)를 사용하여 유리 기판을 세척할 수 있고, RF 마그네트론 스퍼터링(RF Magnetron sputtering)을 이용하여 산화 몰리브덴을 기판에 증착함으로써, 산화 몰리브덴 박막을 얻을 수 있다. 다음으로 E-빔 증발기(E-beam evaporator)를 이용하여 상기 산화 몰리브덴 박막 상에 제1 촉매층 또는 전이금속층등을 얇게 적층시킬 수 있다. 이와 같은 과정을 통해서 제조된 수소 센서를 수소 반응 평가 시험을 수행하여 수소 센서로 이용가능한지 평가 할 수 있고, 회복 시험을 통해서 가역적, 연속적으로 수소를 검출할 수 있는 지를 확인 할 수 있다.6 is a view showing a manufacturing method according to an embodiment of the present invention. Specifically, FIG. 6 is a diagram sequentially showing the method of manufacturing a hydrogen sensor and evaluation of characteristics of the present invention, and can be largely represented by cleaning, sputtering, evaporator, hydrogen gas reaction test, and recovery test steps. . 4, acetone, methanol, and DIWater can be used to clean the glass substrate, and by depositing molybdenum oxide on the substrate using RF Magnetron sputtering, , Molybdenum oxide thin film can be obtained. Next, a first catalyst layer or a transition metal layer may be thinly laminated on the molybdenum oxide thin film using an E-beam evaporator. Through this process, it is possible to perform a hydrogen reaction evaluation test to evaluate whether the manufactured hydrogen sensor can be used as a hydrogen sensor, and to confirm whether it can detect hydrogen reversibly and continuously through a recovery test.

본 발명의 수소 센서 제조Manufacturing hydrogen sensor of the present invention

먼저, 2 X 2 cm2 정도의 크기의 corning 1737 유리 기판을 아세톤, 메탄올, 탈이온수에서 각각 5 분 동안 초음파 세척을 수행하였다. 세척된 유리 기판은 질소 가스로 건조하고 수분을 제거하기 위해서 약 150 ℃에서 약 1 분 정도 베이킹(baking)하여 유리 기판을 준비하였다. 상기 준비된 유리 기판에 RF 마그네트론 스퍼터링을 통해 산화 몰리브덴을 증착하여, 비정질 산화 몰리브덴 박막을 제조하였다. 상기 비정질 산화 몰리브덴 박막 상에 E-빔 증발기를 사용하여 Pt, 그리고 Ni을 얇게 적층하였다. 상기 실시예를 통해 제조된 수소 센서들을 평가하였다.First, a corning 1737 glass substrate having a size of 2 X 2 cm 2 was subjected to ultrasonic cleaning for 5 minutes each in acetone, methanol, and deionized water. The cleaned glass substrate was dried with nitrogen gas and baked at about 150° C. for about 1 minute to remove moisture to prepare a glass substrate. Molybdenum oxide was deposited on the prepared glass substrate through RF magnetron sputtering to prepare an amorphous molybdenum oxide thin film. Pt and Ni were thinly laminated on the amorphous molybdenum oxide thin film using an E-beam evaporator. Hydrogen sensors manufactured through the above examples were evaluated.

평가evaluation

도 7 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 수소 센서의 특성 평가를 나타낸 도면들이다.7 to 9 are views showing evaluation of characteristics of a hydrogen sensor according to an embodiment of the present invention.

도 7은 구체적으로 Uv-vis Spectrometer를 사용하여 상기 실시예를 통해 제조된 산화 몰리브덴 상에 백금층 및 니켈층을 포함하는 수소 센서의 착색 평가 결과를 나타낸 도면이다. 도 7을 보면 초기에 상기 수소 센서는 투과도(Transmittance)가 59.89 %로 확인되었다. 이어서 상기 센서를 수소에 노출시킨 결과 투과도는 47.04 %로 감소하였다. 수소를 제거하고 난 다음 투과도를 재측정하였더니, 투과도가 다시 52.21 %로 증가한 것을 확인 할 수 있다. 이어서 수소에 또 노출시켰을 때는 투과도가 44.75 %로 감소되었다. 따라서 도 7을 통해 상기 센서는 수소에 노출되면 투과도가 감소하여, 시각적으로 수소 존재 유무를 인지할 수 있다는 것을 확인 할 수 있었다. 또한 본 발명의 센서는 수소에 노출된 후, 수소가 제거되고, 다시 수소에 노출되었을 때도 투과도에 변화가 나타나므로, 수소 존재 유무를 연속적으로 확인할 수 있는 것으로 보이며, 상기 수소 센서는 수소 가스와 가역적인 반응을 하는 것을 확인 할 수 있다.FIG. 7 is a diagram showing the result of color evaluation of a hydrogen sensor including a platinum layer and a nickel layer on the molybdenum oxide prepared in the above example using a Uv-vis Spectrometer. Referring to FIG. 7, the hydrogen sensor was initially confirmed to have a transmittance of 59.89%. Subsequently, as a result of exposing the sensor to hydrogen, the transmittance was reduced to 47.04%. After removing hydrogen, the transmittance was measured again, and it can be seen that the transmittance increased to 52.21% again. Subsequent exposure to hydrogen reduced the transmittance to 44.75%. Therefore, it can be seen from FIG. 7 that the sensor has a reduced transmittance when exposed to hydrogen, so that the presence or absence of hydrogen can be visually recognized. In addition, since the sensor of the present invention is exposed to hydrogen, hydrogen is removed, and the permeability changes even when exposed to hydrogen again, it seems that the presence or absence of hydrogen can be continuously checked, and the hydrogen sensor is reversible with hydrogen gas. It can be confirmed that it reacts with phosphorus.

도 8은 기존에 사용되고 있는 각각 백금 또는 팔라듐 촉매 금속을 이용한 비가역 센서들(Pt, Pd)과 본 발명의 백금층 및 니켈층을 포함하는 본 발명의 수소 센서(Pt/Ni)의 투과도 변화를 비교하여 나타낸 도면이다. 도 8을 참조하면, 첫 번째로 수소 가스에 노출(On)된 경우, 3 가지 종류의 센서 모두 투과도가 감소하였다. 그리고 이어서 수소 가스를 제거(Off)한 경우, 팔라듐을 이용한 센서는 투과도가 증가하지 않았다. 반면, 백금만을 이용한 센서는 아주 미세하게 증가하였고, 본 발명의 수소 센서는 비교적 눈에 띄게 투과도가 증가하였다. 그리고 다시 두 번째로 수소 가스에 노출한 결과, 팔라듐을 사용한 수소 센서는 급격히 투과도가 거의 0 % 정도로 감소하였고, 백금을 이용한 수소 센서도 30 % 이하로 더욱 투과도가 감소하였으며, 본 발명의 수소 센서 역시 45 % 정도로 감소하였다. 이어서 다시 수소 가스를 제거하였으나, 팔라듐을 이용한 수소 센서의 투과도는 증가하지 않았고, 백금만을 이용한 수소 센서 역시 투과도가 거의 증가하지 않았다. 그러나 본 발명의 수소 센서는 투과도가 45 % 이상으로 증가하였고, 기존의 촉매들의 비해 가역적으로 수소를 검출한다는 것을 알 수 있다.FIG. 8 is a comparison of changes in transmittance of irreversible sensors (Pt, Pd) using platinum or palladium catalyst metals, respectively, and a hydrogen sensor (Pt/Ni) of the present invention including a platinum layer and a nickel layer of the present invention. It is a figure shown as follows. Referring to FIG. 8, when exposed to hydrogen gas for the first time (On), the transmittance of all three types of sensors decreased. Then, when the hydrogen gas was removed (Off), the sensor using palladium did not increase the transmittance. On the other hand, the sensor using only platinum has increased very finely, and the hydrogen sensor of the present invention has relatively noticeably increased transmittance. And as a result of exposure to hydrogen gas for the second time, the permeability of the hydrogen sensor using palladium decreased to almost 0%, and the permeability of the hydrogen sensor using platinum was further reduced to 30% or less, and the hydrogen sensor of the present invention also It decreased to about 45%. Subsequently, the hydrogen gas was removed again, but the transmittance of the hydrogen sensor using palladium did not increase, and the transmittance of the hydrogen sensor using only platinum hardly increased. However, it can be seen that the permeability of the hydrogen sensor of the present invention is increased to 45% or more, and detects hydrogen reversibly compared to conventional catalysts.

도 9는 구체적으로 본 발명의 실시예를 통해 제조된 수소 센서의 수소 유무에 따른 색 변화를 나타낸 것이다. 수소 가스에 노출되기 전 센서는 옅은 색을 나타내고, 수소 가스에 노출되면, 센서가 수소와 반응하여 짙은 색을 나타내었다. 또한 본 발명의 센서는 가역적이므로, 수소 가스를 제거하면 상기 센서는 다시 옅은 색을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.9 specifically shows the color change according to the presence or absence of hydrogen of the hydrogen sensor manufactured through the embodiment of the present invention. Before being exposed to hydrogen gas, the sensor showed a light color, and when exposed to hydrogen gas, the sensor reacted with hydrogen and showed a dark color. In addition, since the sensor of the present invention is reversible, it was confirmed that when the hydrogen gas was removed, the sensor displayed a pale color again.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the following claims. You will understand that you can.

Claims (13)

산화 몰리브덴(MoO3) 박막;
상기 산화 몰리브덴 박막 상에 위치하고, 수소 분자를 해리하는 제1 촉매층; 및
상기 제1 촉매층 상에 위치하고, 산소 이온과 가역적으로 흡착 및 탈착 반응을 하는 전이금속층; 및
상기 전이금속층 상에 위치하고, 수소 분자를 해리하는 제2 촉매층을 포함하고,
상기 제1 촉매층 및 상기 제2 촉매층의 두께는 각각 서로 독립적으로 1 nm 내지 5 nm 이고,
상기 전이금속층의 두께는 0.1 nm 내지 2 nm 인 것을 특징으로 하는,
수소 센서.
Molybdenum oxide (MoO 3 ) thin film;
A first catalyst layer disposed on the molybdenum oxide thin film and dissociating hydrogen molecules; And
A transition metal layer positioned on the first catalyst layer and performing reversibly adsorption and desorption reactions with oxygen ions; And
It is located on the transition metal layer and includes a second catalyst layer for dissociating hydrogen molecules,
The thicknesses of the first catalyst layer and the second catalyst layer are each independently from 1 nm to 5 nm,
The thickness of the transition metal layer is characterized in that 0.1 nm to 2 nm,
Hydrogen sensor.
제1항에 있어서,
상기 제1 촉매층은 백금(Pt) 또는 팔라듐(Pd)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
수소 센서.
The method of claim 1,
The first catalyst layer is characterized in that it contains platinum (Pt) or palladium (Pd),
Hydrogen sensor.
제1항에 있어서,
상기 전이금속층은 니켈(Ni)을 포함하는 것을 특징으로 하는,
수소 센서.
The method of claim 1,
The transition metal layer is characterized in that it contains nickel (Ni),
Hydrogen sensor.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제2 촉매층은 백금 또는 팔라듐을 포함하는 것을 특징으로 하는,
수소 센서.
The method of claim 1,
The second catalyst layer is characterized in that it contains platinum or palladium,
Hydrogen sensor.
제1항에 있어서,
상기 산화 몰리브덴 박막에 전기적으로 연결되어 상기 산화 몰리브덴 박막의 전기적 저항 변화를 측정하는 저항측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
수소 센서.
The method of claim 1,
It characterized in that it further comprises a resistance measuring unit electrically connected to the molybdenum oxide thin film to measure the electrical resistance change of the molybdenum oxide thin film,
Hydrogen sensor.
제1항에 있어서,
상기 산화 몰리브덴 박막의 두께는 200 내지 400 nm이고, 상기 산화 몰리브덴 박막 상에 적층된 상기 제1 촉매층, 상기 제2 촉매층 및 상기 전이금속층의 전체 두께는 2 내지 6 nm 인 것을 특징으로 하는,
수소 센서.
The method of claim 1,
The thickness of the molybdenum oxide thin film is 200 to 400 nm, and the total thickness of the first catalyst layer, the second catalyst layer and the transition metal layer stacked on the molybdenum oxide thin film is 2 to 6 nm,
Hydrogen sensor.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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