KR102349009B1 - Formaldehyde detection sensor comprising core-shell polymer materials and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a formaldehyde detection sensor including a core-shell polymer material and a method for manufacturing the same. Particularly, the present invention relates to polystyrene-polyaniline (PS-PANI) particles having a core-shell structure for use in a formaldehyde sensor, a method for preparing the same, a formaldehyde detection sensor including the PS-PANI particles having a core-shell structure, and a method for manufacturing the sensor. The formaldehyde detection sensor according to the present invention sensitively responds to formaldehyde to detect formaldehyde in a short time and can be reused to provide high cost-efficiency.

Description

코어-쉘 구조의 고분자 재료를 포함하는 포름알데히드 감지 센서 및 이의 제조 방법{Formaldehyde detection sensor comprising core-shell polymer materials and method for manufacturing the same}Formaldehyde detection sensor comprising core-shell polymer materials and method for manufacturing the same

본 발명은 코어-쉘 구조의 고분자 재료를 포함하는 포름알데히드 감지 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 포름알데히드 감지 센서용 코어-쉘 구조의 폴리스타이렌-폴리아닐린(PS-PANI) 입자, 이의 제조 방법, 상기 코어-쉘 구조의 폴리스타이렌-폴리아닐린을 포함하는 포름알데히드 감지 센서, 상기 센서의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 포름알데히드 감지 센서는 포름알데히드에 대해 민감하게 반응하여 단시간 안에 포름알데히드를 감지할 수 있을 뿐만 아니라 재사용이 가능하여 경제적인 측면에서 유용하게 사용될 수 있다. The present invention relates to a formaldehyde detection sensor including a polymer material having a core-shell structure and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to polystyrene-polyaniline (PS-PANI) particles having a core-shell structure for a formaldehyde detection sensor, a manufacturing method thereof, a formaldehyde detection sensor comprising polystyrene-polyaniline having a core-shell structure, and the sensor It relates to a manufacturing method of The formaldehyde detection sensor according to the present invention can not only detect formaldehyde in a short time by sensitively reacting to formaldehyde, but also can be reused, so it can be usefully used from an economical point of view.

포름알데히드 감지를 위한 연구보고 및 상업화된 제품들 중에서 금속산화물을 감지재료로 사용하는 센서 또는 가스 크로마토그래피, 고성능 액체 크로마토그래피 등의 분석장치가 사용되고 있으나, 작동온도가 고온이며 고비용, 고에너지 소모 및 낮은 휴대성 등의 단점을 갖고 있다. 이에 비하여 감지재료로써 전도성 고분자를 포함한 고분자재료를 응용할 경우, 비교적 쉽게 합성할 수 있으며 간단하게 전기적 특성을 제어할 수 있을 뿐만 아니라 저비용 제작, 낮은 에너지 소모가 가능하며 휘어지는(Flexible) 센서를 제작할 수 있다. Among the research reports and commercialized products for detecting formaldehyde, a sensor using metal oxide as a sensing material or an analysis device such as gas chromatography or high-performance liquid chromatography is used, but the operating temperature is high, high cost, high energy consumption, and It has disadvantages such as low portability. On the other hand, when a polymer material including a conductive polymer is applied as a sensing material, it can be synthesized relatively easily, can easily control electrical properties, and can be manufactured at low cost, low energy consumption, and flexible sensor can be manufactured. .

금속 및 무기재료를 응용한 포름알데히드 센서에 대한 연구들 중에서 최근에 발표된 연구보고[①Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, Vol.118, 113953(2020), ②Sensors and Actuators B: Chemical, Vol.308, 127689(2020), ③Sensors and Actuators B: Chemical, Vol.283, 714-723(2019)] 3건이 주목된다. 이들 연구보고에서는 포름알데히드 센서 성능에 대하여 응답 및 회복시간이 수 초 이하이며 검출농도는 0.5~5 ppm정도라고 보고되었다. 그러나 포름알데히드를 감지하기 위한 센서의 작동온도가 40~360 ℃ 정도의 고온을 필요로 하고 있으며 센서가 작동온도에 도달하기 위한 준비시간이 필요할 것으로 예상되므로 실시간으로 포름알데히드를 감지하는 것은 불가능하다고 판단된다.Among the studies on formaldehyde sensors applied with metals and inorganic materials, recently published research reports [①Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, Vol.118, 113953(2020), ②Sensors and Actuators B: Chemical, Vol. 308, 127689(2020), ③Sensors and Actuators B: Chemical, Vol.283, 714-723(2019)] 3 cases are noteworthy. In these research reports, it was reported that the response and recovery time for the formaldehyde sensor performance was less than a few seconds, and the detection concentration was about 0.5-5 ppm. However, since the operating temperature of the sensor to detect formaldehyde requires a high temperature of about 40 to 360 ℃, and it is expected that the sensor will need a preparation time to reach the operating temperature, it is judged that it is impossible to detect formaldehyde in real time. do.

Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, Vol.118, 113953(2020) Physica E: Low-dimensional Systems and Nanostructures, Vol.118, 113953 (2020) Sensors and Actuators B: Chemical, Vol.308, 127689(2020) Sensors and Actuators B: Chemical, Vol.308, 127689 (2020) Sensors and Actuators B: Chemical, Vol.283, 714-723(2019) Sensors and Actuators B: Chemical, Vol.283, 714-723 (2019)

본 발명자들은 포름알데히드의 검출 민감도가 우수한 포름알데히드 검출 센서을 제조하기 위하여 예의 노력한 결과, 폴리스타이렌(PS)이 중심부(core)에 위치하고, 상기 중심부의 외주면(shell)에 폴리아닐린(PANI) 코팅층이 형성된 폴리스타이렌-폴리아닐린(PS-PANI) 입자를 이용하여 포름알데히드 감지 센서를 제조하는 경우, 포름알데히드 농도가 10 ppm, 심지어 1 ppm인 경우에도 우수한 민감도를 나타날 뿐만 아니라, 가역성 평가 결과 3회 측정한 경우에도 모두 포름알데히드를 검출하여 재사용이 가능함을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다. As a result of the present inventors' diligent efforts to manufacture a formaldehyde detection sensor with excellent detection sensitivity of formaldehyde, polystyrene (PS) is located in the core, and polyaniline (PANI) coating layer is formed on the outer peripheral surface of the core. When a formaldehyde detection sensor is manufactured using polyaniline (PS-PANI) particles, excellent sensitivity is shown even when the formaldehyde concentration is 10 ppm or even 1 ppm, and as a result of reversibility evaluation, all formaldehyde detection sensors are By detecting the aldehyde, it was confirmed that reuse is possible, and the present invention was completed.

본 발명은 포름알데히드 감지 센서용 코어-쉘 구조의 폴리스타이렌-폴리아닐린(PS-PANI) 입자를 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide polystyrene-polyaniline (PS-PANI) particles having a core-shell structure for a formaldehyde detection sensor.

본 발명은 또한 포름알데히드 감지 센서용 코어-쉘 구조의 폴리스타이렌-폴리아닐린(PS-PANI) 입자의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide a method for producing polystyrene-polyaniline (PS-PANI) particles having a core-shell structure for a formaldehyde detection sensor.

본 발명은 또한 상기 코어-쉘 구조의 폴리스타이렌-폴리아닐린(PS-PANI) 입자를 포함하는 포름알데히드 감지 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide a formaldehyde detection sensor including polystyrene-polyaniline (PS-PANI) particles having the core-shell structure.

본 발명은 또한 상기 코어-쉘 구조의 폴리스타이렌-폴리아닐린(PS-PANI) 입자를 포함하는 포름알데히드 감지 센서의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a formaldehyde detection sensor including the polystyrene-polyaniline (PS-PANI) particles having the core-shell structure.

상기 목적을 달성하기 위하여, In order to achieve the above object,

본 발명은 폴리스타이렌(PS)이 중심부(core)에 위치하고, 상기 중심부의 외주면(shell)에 폴리아닐린(PANI) 코팅층이 형성된 포름알데히드 감지 센서용 코어-쉘 구조의 폴리스타이렌-폴리아닐린(PS-PANI) 입자를 제공한다. Polystyrene-polyaniline (PS-PANI) particles of a core-shell structure for a formaldehyde detection sensor in which polystyrene (PS) is located in the core, and a polyaniline (PANI) coating layer is formed on the outer peripheral surface of the core to provide.

또한, 본 발명은 (A) 분산 중합(Dispersion Polymerization) 공정에 의해 스타이렌(styrene)을 원료로 폴리스타이렌(PS) 코어를 제조하는 단계; 및 (B) 팽윤-확산-계면 중합(Swelling-Diffusion-Interfacial Polymerization, SDIPM) 공정에 의해 상기 폴리스타이렌 코어를 폴리아닐린(PANI)으로 코팅하여 코어-쉘 구조의 폴리스타이렌-폴리아닐린(PS-PANI) 입자를 생성하는 단계를 포함하는 포름알데히드 감지 센서용 코어-쉘 구조의 폴리스타이렌-폴리아닐린(PS-PANI) 입자의 제조 방법을 제공한다. In addition, the present invention comprises the steps of (A) preparing a polystyrene (PS) core from styrene as a raw material by a dispersion polymerization process; And (B) swelling-diffusion-interfacial polymerization (Swelling-Diffusion-Interfacial Polymerization, SDIPM) process by coating the polystyrene core with polyaniline (PANI) to produce polystyrene-polyaniline (PS-PANI) particles of a core-shell structure It provides a method for producing polystyrene-polyaniline (PS-PANI) particles of a core-shell structure for a formaldehyde detection sensor, comprising the step of:

또한, 본 발명은 절연층 기판; 전극; 및 폴리스타이렌(PS)이 중심부(core)에 위치하고, 상기 중심부의 외주면(shell)에 폴리아닐린(PANI) 코팅층이 형성된 코어-쉘 구조의 폴리스타이렌-폴리아닐린(PS-PANI) 입자를 포함하면서 상기 순서대로 적층된 포름알데히드 감지 센서를 제공한다. In addition, the present invention is an insulating layer substrate; electrode; and polystyrene-polyaniline (PS-PANI) particles of a core-shell structure in which polystyrene (PS) is located in the core, and a polyaniline (PANI) coating layer is formed on the outer peripheral surface (shell) of the central part, stacked in this order A formaldehyde detection sensor is provided.

또한, 본 발명은 (A) 기판에 IDE 패턴을 형성한 IDE 센서 소자를 제조하는 단계; (B) 감지 재료로서 코어-쉘 구조의 폴리스타이렌-폴리아닐린(PS-PANI) 입자를 제조하는 단계; (C) 상기 (B)에서 제조한 폴리스타이렌-폴리아닐린 입자를 테트라히드로푸란(tetrahydrofuran)에 용해시켜 코팅액을 제조하는 단계; 및 (D) 상기 (A)단계에서 제조한 IDE 센서 소자에 (C)의 코팅액을 코팅하는 단계;를 포함하는 포름알데히드 감지 센서의 제조 방법을 제공한다. In addition, the present invention comprises the steps of (A) manufacturing an IDE sensor device in which an IDE pattern is formed on a substrate; (B) preparing polystyrene-polyaniline (PS-PANI) particles having a core-shell structure as a sensing material; (C) preparing a coating solution by dissolving the polystyrene-polyaniline particles prepared in (B) in tetrahydrofuran; and (D) coating the coating solution of (C) on the IDE sensor device prepared in step (A).

본 발명에 따른 포름알데히드 감지 센서는 포름알데히드에 대해 민감하게 반응하여 단시간 안에 포름알데히드를 감지할 수 있을 뿐만 아니라 재사용이 가능하여 경제적인 측면에서 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다.The formaldehyde detection sensor according to the present invention reacts sensitively to formaldehyde to detect formaldehyde within a short time, and is expected to be useful in economic terms because it can be reused.

도 1은 (a) PS 입자, 및 (b) 및 (c) PS-PANI(3:1) 코어-쉘 입자의 주사전자현미경 사진을 나타낸다.
도 2는 (a) PS-PANI(3:1) 코어-쉘 입자 및 (b) Hollow PANI 입자의 투과전자현미경 사진을 나타낸다.
도 3은 PS-PANI 코어-쉘 입자를 이용하여 제작한 필름을 나타낸다.
도 4는 IDE 소자 응용 포름알데히드 센서의 제작 방법 및 센서의 작동 원리를 나타낸다.
도 5는 PS-PANI(3:1) 코어-쉘 입자의 포름알데히드 10 ppm에 대한 센서의 민감도를 나타낸다.
도 6는 PS-PANI(3:1) 코어-쉘 입자의 포름알데히드 1, 5, 10 및 50 ppm농도 변화에 따른 센서의 민감도를 나타낸다.
도 7은 PS-PANI(3:1) 코어-쉘 입자의 포름알데히드 10 ppm에서의 센서 감지 가역성을 나타낸다.
1 shows scanning electron micrographs of (a) PS particles, and (b) and (c) PS-PANI (3:1) core-shell particles.
2 shows transmission electron micrographs of (a) PS-PANI (3:1) core-shell particles and (b) Hollow PANI particles.
3 shows a film prepared using PS-PANI core-shell particles.
4 shows a method of manufacturing an IDE device applied formaldehyde sensor and an operating principle of the sensor.
Figure 5 shows the sensitivity of the sensor to 10 ppm formaldehyde of PS-PANI (3:1) core-shell particles.
Figure 6 shows the sensitivity of the sensor according to the change in the concentration of formaldehyde 1, 5, 10 and 50 ppm of PS-PANI (3:1) core-shell particles.
7 shows the sensor sensing reversibility at 10 ppm formaldehyde of PS-PANI (3:1) core-shell particles.

본 발명은 코어-쉘 구조의 폴리스타이렌-폴리아닐린(PS-PANI) 입자, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 포름알데히드 감지 센서를 제공한다. The present invention provides polystyrene-polyaniline (PS-PANI) particles having a core-shell structure, a method for preparing the same, and a formaldehyde detection sensor using the same.

제1구현예에 따르면, According to the first embodiment,

본 발명은 폴리스타이렌(PS)이 중심부(core)에 위치하고, 상기 중심부의 외주면(shell)에 폴리아닐린(PANI) 코팅층이 형성된 포름알데히드 감지 센서용 코어-쉘 구조의 폴리스타이렌-폴리아닐린(PS-PANI) 입자를 제공하고자 한다. Polystyrene-polyaniline (PS-PANI) particles of a core-shell structure for a formaldehyde detection sensor in which polystyrene (PS) is located in the core, and a polyaniline (PANI) coating layer is formed on the outer peripheral surface of the core would like to provide

본 발명에 따른 폴리스타이렌-폴리아닐린 입자에 있어서, 상기 폴리스타이렌과 폴리아닐린의 중량비는 4:1 내지 2:1, 바람직하기는 3:1인 것을 특징으로 한다. In the polystyrene-polyaniline particles according to the present invention, the weight ratio of the polystyrene and polyaniline is 4:1 to 2:1, preferably 3:1.

제2구현예에 따르면, According to the second embodiment,

본 발명은 the present invention

(A) 분산 중합(Dispersion Polymerization) 공정에 의해 스타이렌(styrene)을 원료로 폴리스타이렌(PS) 코어를 제조하는 단계; 및(A) preparing a polystyrene (PS) core from styrene as a raw material by a dispersion polymerization process; and

(B) 팽윤-확산-계면 중합(Swelling-Diffusion-Interfacial Polymerization, SDIPM) 공정에 의해 상기 폴리스타이렌 코어를 폴리아닐린(PANI)으로 코팅하여 코어-쉘 구조의 폴리스타이렌-폴리아닐린(PS-PANI) 입자를 생성하는 단계를 포함하는 포름알데히드 감지 센서용 코어-쉘 구조의 폴리스타이렌-폴리아닐린(PS-PANI) 입자의 제조 방법을 제공한다. (B) Swelling-Diffusion-Interfacial Polymerization (SDIPM) process by coating the polystyrene core with polyaniline (PANI) to produce polystyrene-polyaniline (PS-PANI) particles of a core-shell structure It provides a method for producing polystyrene-polyaniline (PS-PANI) particles having a core-shell structure for a formaldehyde detection sensor, comprising the steps of:

본 발명에 따른 폴리스타이렌-폴리아닐린 입자의 제조 방법에 있어서, 상기 폴리스타이렌과 폴리아닐린의 중량비는 4:1 내지 2:1, 바람직하기는 3:1인 것을 특징으로 한다. In the method for producing polystyrene-polyaniline particles according to the present invention, the weight ratio of the polystyrene and polyaniline is 4:1 to 2:1, preferably 3:1.

본 발명에 따른 폴리스타이렌-폴리아닐린 입자의 제조 방법에 있어서, 상기 단계 (A)는 안정제로서 PVP(polyvinylpyrrolidone), 개시제로서 AIBN(Azobisisobutyronitile) 및 전구체로서 스티렌 (styrene)이 첨가된 용액을 60도 내지 80도에서 12시간 내지 24시간 교반하여 중합반응을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. In the method for producing polystyrene-polyaniline particles according to the present invention, the step (A) is a solution containing polyvinylpyrrolidone (PVP) as a stabilizer, azobisisobutyronitile (AIBN) as an initiator and styrene as a precursor at 60 to 80 degrees. It may include the step of carrying out the polymerization reaction by stirring for 12 to 24 hours.

본 발명에 따른 폴리스타이렌-폴리아닐린 입자의 제조 방법에 있어서, 상기 단계 (B)는 (b-1) 폴리스타이렌을 포함하는 용액에 아닐린을 첨가한 후 교반하여 상기 폴리스타이렌 입자를 팽윤시키는 단계; 및 (b-2) 상기 단계 (b-1)의 용액에 산화제 및 도핑제를 첨가한 후, 상온에서 12 내지 24시간 동안 교반하여 중합반응을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 산화제는 페록소 이황산칼륨(KPS), 암모늄퍼설페이트(APS) 또는 나트륨퍼설페이트(SPS) 로부터 선택될 수 있다. 상기 도핑제는 불산(HF), 염산(HCl), 과염소산(HClO4), 질산(HNO3), 황산(H2SO4), 플루오르술폰산(FSO3H), 술폰산(CH3SO3H), 캄포술폰산(camphorsulfonic acid), 폴리스티렌술폰산(PSS, polystyrenesulfonate), p-톨루엔술폰산(p-TSA, p-toluenesulfonic acid) 또는 도데실 벤젠 술폰산(DBSA, dodecyl benzene sulfonic acid)로부터 선택될 수 있다. In the method for producing polystyrene-polyaniline particles according to the present invention, the step (B) includes (b-1) adding aniline to a solution containing polystyrene and then stirring to swell the polystyrene particles; and (b-2) adding an oxidizing agent and a dopant to the solution of step (b-1), followed by stirring at room temperature for 12 to 24 hours to perform a polymerization reaction. Here, the oxidizing agent may be selected from potassium peroxo disulfate (KPS), ammonium persulfate (APS) or sodium persulfate (SPS). The doping agent is hydrofluoric acid (HF), hydrochloric acid (HCl), perchloric acid (HClO 4 ), nitric acid (HNO 3 ), sulfuric acid (H 2 SO 4 ), fluorosulfonic acid (FSO 3 H), sulfonic acid (CH 3 SO 3 H) , camphorsulfonic acid, polystyrenesulfonate (PSS), p-toluenesulfonic acid (p-TSA, p-toluenesulfonic acid), or dodecyl benzene sulfonic acid (DBSA, dodecyl benzene sulfonic acid).

제3구현예에 따르면, According to the third embodiment,

본 발명은 절연층 기판; 전극; 및 폴리스타이렌(PS)이 중심부(core)에 위치하고, 상기 중심부의 외주면(shell)에 폴리아닐린(PANI) 코팅층이 형성된 코어-쉘 구조의 폴리스타이렌-폴리아닐린(PS-PANI) 입자를 포함하면서 상기 순서대로 적층된 포름알데히드 감지 센서를 제공하고자 한다. The present invention is an insulating layer substrate; electrode; and polystyrene-polyaniline (PS-PANI) particles of a core-shell structure in which polystyrene (PS) is located in the core, and a polyaniline (PANI) coating layer is formed on the outer peripheral surface (shell) of the central part, stacked in this order It is intended to provide a formaldehyde detection sensor.

본 발명에 따른 포름알데히드 감지 센서에 있어서, 상기 폴리스타이렌과 폴리아닐린의 중량비는 4:1 내지 2:1, 바람직하기는 3:1인 것을 특징으로 한다. In the formaldehyde detection sensor according to the present invention, the weight ratio of the polystyrene and polyaniline is 4:1 to 2:1, preferably 3:1.

본 발명에 따른 포름알데히드 감지 센서에 있어서, 상기 기판은 반도체 기판, 도전성 기판, 비전도성 기판 또는 실리콘 온 인슐레이터(silicon on insulator, SOI)로부터 선택되는 것을 특징으로 한다. 예를 들면 상기 반도체 기판은 실리콘 기판 또는 Ⅲ-Ⅴ족 반도체 기판 등을 사용할 수 있고, 도전성 기판은 금속 기판, 도전성 유기화합물 기판 등을 사용할 수 있으며, 비전도성 기판은 유리 기판, 고분자 화합물 기판 등을 사용할 수 있다. In the formaldehyde detection sensor according to the present invention, the substrate is selected from a semiconductor substrate, a conductive substrate, a non-conductive substrate, and a silicon on insulator (SOI). For example, the semiconductor substrate may be a silicon substrate or a III-V semiconductor substrate, and the conductive substrate may be a metal substrate or a conductive organic compound substrate, and the non-conductive substrate may be a glass substrate, a polymer compound substrate, or the like. can be used

본 발명에 따른 포름알데히드 감지 센서에 있어서, 상기 절연층은 이산화규소(SiO2), 산화알루미륨(Al2O3), 산화탄탈륨(Ta2O5), 산화지르코늄(ZrO2), 이산화하프늄(HfO2), 이산화타이타늄(TiO2), 산화질화규소(SiON), 질화규소(Si3N4), 하프늄 실리콘 옥시나이트라이드(HfSiON), 또는 하프늄실리케이트(HfSiXOY, 이때 0.1<X<9 이고, 2<Y<4 이다)로부터 선택되는 것을 특징으로 한다. In the formaldehyde detection sensor according to the present invention, the insulating layer is silicon dioxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), hafnium dioxide (HfO 2 ), titanium dioxide (TiO 2 ), silicon oxynitride (SiON), silicon nitride (Si 3 N 4 ), hafnium silicon oxynitride (HfSiON), or hafnium silicate (HfSi X O Y , where 0.1<X<9 and 2<Y<4).

본 발명에 따른 포름알데히드 감지 센서에 있어서, 상기 전극은 제1전극 및 제2전극을 포함하며 서로 동일 또는 상이한 금속재료로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 상기 전극의 재료는 금(Au), 니켈(Ni), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 은(Ag), 로듐(Rh), 루테늄(Ru), 스테인리스 스틸, 알루미늄(Al), 몰리브데늄(Mo), 크롬(Cr), 구리(Cu), 텅스텐(W) 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있고, 상기 전극의 모양은 직사각형, 타원형, 원형, 다각형 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다. In the formaldehyde detection sensor according to the present invention, the electrode includes a first electrode and a second electrode, and is characterized in that it is made of the same or different metal materials. The electrode material is gold (Au), nickel (Ni), platinum (Pt), palladium (Pd), iridium (Ir), silver (Ag), rhodium (Rh), ruthenium (Ru), stainless steel, aluminum ( Al), molybdenum (Mo), chromium (Cr), copper (Cu), tungsten (W), and combinations thereof, and the shape of the electrode is rectangular, oval, circular, polygonal, or a combination thereof. can be selected from

본 발명에 따른 포름알데히드 감지 센서에 있어서, 상기 센서는 1회 내지 10회 재사용이 가능한 것을 특징으로 한다. In the formaldehyde detection sensor according to the present invention, the sensor is characterized in that it can be reused 1 to 10 times.

제4구현예에 따르면,According to the fourth embodiment,

본 발명은 the present invention

(A) 기판에 IDE 패턴을 형성한 IDE 센서 소자를 제조하는 단계; (A) manufacturing an IDE sensor device in which an IDE pattern is formed on a substrate;

(B) 감지 재료로서 코어-쉘 구조의 폴리스타이렌-폴리아닐린(PS-PANI) 입자를 제조하는 단계; (B) preparing polystyrene-polyaniline (PS-PANI) particles having a core-shell structure as a sensing material;

(C) 상기 (B)에서 제조한 폴리스타이렌-폴리아닐린 입자를 테트라히드로푸란(tetrahydrofuran)에 용해시켜 코팅액을 제조하는 단계; 및 (C) preparing a coating solution by dissolving the polystyrene-polyaniline particles prepared in (B) in tetrahydrofuran; and

(D) 상기 (A)단계에서 제조한 IDE 센서 소자에 (C)의 코팅액을 코팅하는 단계;를 포함하는 포름알데히드 감지 센서의 제조 방법을 제공하고자 한다. (D) coating the coating solution of (C) on the IDE sensor device prepared in step (A); to provide a method of manufacturing a formaldehyde detection sensor comprising a.

본 발명에 따른 포름알데히드 감지 센서의 제조 방법에 있어서, 상기 단계 (A)는:In the method for manufacturing a formaldehyde detection sensor according to the present invention, the step (A) comprises:

(a-1) 금속 섀도우 마스크(metallic shadow mask)를 기판 위에 올려 챔버(chamber) 내에서 10-6 내지 10-7(Torr)로 압력을 가하는 단계; (a-1) applying a pressure to 10 -6 to 10 -7 (Torr) in a chamber by placing a metallic shadow mask on the substrate;

(a-2) 증착 재료로서 금(gold)을 이용하여 패턴을 증착시킨 다음, 냉각시킨 후 금속 섀도우 마스크를 제거하여 기판에 IDE 패턴을 형성시키는 단계; 및 (a-2) depositing a pattern using gold as a deposition material, and then removing the metal shadow mask after cooling to form an IDE pattern on the substrate; and

(a-3) IDE 패턴이 형성된 기판을 진공 열처리하여 IDE 센서 소자를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 증착은 전자빔 증착법, 스퍼터 증착법, 펄스드 레이저 증착법 또는 경사각 증착법으로부터 선택될 수 있다. (a-3) vacuum annealing the substrate on which the IDE pattern is formed, and manufacturing an IDE sensor device. Here, the deposition may be selected from an electron beam deposition method, a sputter deposition method, a pulsed laser deposition method, or an inclined angle deposition method.

본 발명에 따른 포름알데히드 감지 센서의 제조 방법에 있어서, 상기 단계 (B)에서 폴리스타이렌과 폴리아닐린의 중량비는 4:1 내지 2:1, 바람직하기는 3:1인 것을 특징으로 한다. In the method for manufacturing a formaldehyde detection sensor according to the present invention, the weight ratio of polystyrene and polyaniline in step (B) is 4:1 to 2:1, preferably 3:1.

본 발명에 따른 포름알데히드 감지 센서의 제조 방법에 있어서, 상기 단계 (B)는:In the method for manufacturing a formaldehyde detection sensor according to the present invention, the step (B) comprises:

(b-1) 분산 중합(Dispersion Polymerization) 공정에 의해 스타이렌(styrene)을 원료로 폴리스타이렌(PS) 코어를 제조하는 단계; 및(b-1) preparing a polystyrene (PS) core using styrene as a raw material by a dispersion polymerization process; and

(b-2) 팽윤-확산-계면 중합(Swelling-Diffusion-Interfacial Polymerization, SDIPM) 공정에 의해 상기 폴리스타이렌 코어를 폴리아닐린(PANI)으로 코팅하여 코어-쉘 구조의 폴리스타이렌-폴리아닐린(PS-PANI) 입자를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. (b-2) Polystyrene-polyaniline (PS-PANI) particles of a core-shell structure by coating the polystyrene core with polyaniline (PANI) by a swelling-diffusion-interfacial polymerization (SDIPM) process It characterized in that it comprises the step of generating.

본 발명에 따른 포름알데히드 감지 센서의 제조 방법에 있어서, 상기 (C) 단계에서 코팅액 내의 폴리스타이렌-폴리아닐린 입자는 테트라히드로푸란 함량 대비 10 내지 20 wt%로 포함되는 것을 특징으로 한다. 폴리스타이렌-폴리아닐린 입자의 함량이 20 wt% 이상일 경우 용매에 잘 용해되지 않아 IDE 센서 소자에 코팅 시 균일한 코팅에 어려움이 생기는 문제가 발생할 수 있으며, 균일하지 못한 폴리스타이렌-폴리아닐린 입자 코팅은 결론적으로 포름알데히드 감지 센서의 성능을 저하시킬 수 있다. In the method for manufacturing a formaldehyde detection sensor according to the present invention, the polystyrene-polyaniline particles in the coating solution in step (C) are included in an amount of 10 to 20 wt% based on the tetrahydrofuran content. When the content of polystyrene-polyaniline particles is 20 wt% or more, they are not well soluble in solvents, which may cause difficulties in uniform coating when coating the IDE sensor device. It may degrade the performance of the detection sensor.

본 발명에 따른 포름알데히드 감지 센서의 제조 방법에 있어서, 상기 (D) 단계에서의 코팅은 코팅액을 500 내지 200㎕ 인가하는 것을 특징으로 한다. 상기 코팅액이 50㎕ 미만일 경우, IDE 패턴 전체에 걸쳐 완벽하게 코팅 시키지 못하며 불균일한 코팅막을 형성시킨다. IDE 패턴 전체가 아닌 일부분만 코팅막이 형성될 경우, 그만큼 포름알데히드 감지 센서의 감지 면적이 줄어들 뿐만 아니라 코팅막이 불균일하므로 포름알데히드 감지 센서 성능이 저하되는 문제가 발생한다. 또한, 코팅액이 200㎕ 초과할 경우에는 그만큼 IDE 센서 소자에 코팅되는 코팅막의 두께가 증가하게 된다. 이와 같이 코팅막의 두께가 증가하면 포름알데히드 접촉 시 포름알데히드가 폴리스타이렌-폴리아닐린 코팅막 안으로 침투 및 흡수 되는 시간이 증가하기 때문에 팽윤현상이 발생하기까지 소요되는 시간이 증가하게 되며, 결론적으로 포름알데히드 감지 센서의 민감도를 저하시키는 문제를 발생시킨다. 그 뿐만 아니라 감지 재료로서 필요로 하는 양 대비 포름알데히드를 검출하는 효율이 높지 않으므로 경제적인 측면에서 적합하지 못하다. In the method for manufacturing a formaldehyde detection sensor according to the present invention, the coating in step (D) is characterized in that 500 to 200 μl of the coating solution is applied. When the amount of the coating solution is less than 50 μl, it is not possible to completely coat the entire IDE pattern, and a non-uniform coating film is formed. When a coating film is formed on only a portion of the IDE pattern, not the entirety of the IDE pattern, the detection area of the formaldehyde detection sensor is reduced as well as the coating film is non-uniform, so that the performance of the formaldehyde detection sensor is deteriorated. In addition, when the amount of the coating solution exceeds 200 μl, the thickness of the coating film coated on the IDE sensor device increases accordingly. As the thickness of the coating film increases as described above, the time required for swelling to occur increases because the time for formaldehyde to penetrate and absorb into the polystyrene-polyaniline coating film increases when formaldehyde comes into contact. It causes the problem of lowering the sensitivity. In addition, since the efficiency of detecting formaldehyde compared to the amount required as a sensing material is not high, it is not suitable from an economic point of view.

이하, 실시 예를 통해서 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 하지만, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, these are only for describing the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited thereto.

<실시예> <Example>

실시예 1. 포름알데히드 감지용 센서를 위한 PS-PANI 코어-쉘 입자의 제조Example 1. Preparation of PS-PANI core-shell particles for a sensor for detection of formaldehyde

1-1. PS 코어 입자의 제조1-1. Preparation of PS Core Particles

폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP) 4 g을 이소프로필 알코올(Isopropyl alcohol) 170 mL에 넣고 혼합 교반하여 얻어진 투명한 용액을 65 ℃로 온도 조절된 water bath 안에 설치된 반응조로 옮겼다. 단량체 Styrene 22 mL를 PVP와 이소프로필 알코올 혼합용액이 담긴 반응조에 피펫을 사용하여 첨가하고 약 10분동안 교반하였다. 반응 개시제 AIBN(Azobisisobutyronitrile) 0.2 g을 이소프로필 알코올 50 mL에 용해시켜 얻어진 용액을 피펫을 사용하여 천천히 반응조에 첨가하였다. AIBN 용액을 첨가한 다음 중합반응은 65 ℃에서 12시간동안 진행하였으며, 반응 생성물을 이소프로필 알코올과 에탄올을 이용하여 각각 2회씩 원심분리(10500 rpm, 10분) 및 재분산시키는 방법으로 세척하였고, 최종적으로 에탄올을 이용하여 원심분리(10500 rpm, 10분)함으로써 고형분을 수득하였고 상온에서 12시간 건조 후 PS 입자를 제조하였다.4 g of polyvinylpyrrolidone (PVP) was placed in 170 mL of isopropyl alcohol, mixed and stirred, and the resulting transparent solution was transferred to a reaction tank installed in a water bath temperature controlled at 65 °C. 22 mL of monomer Styrene was added to a reaction tank containing a mixed solution of PVP and isopropyl alcohol using a pipette and stirred for about 10 minutes. A solution obtained by dissolving 0.2 g of a reaction initiator AIBN (Azobisisobutyronitrile) in 50 mL of isopropyl alcohol was slowly added to the reactor using a pipette. After adding the AIBN solution, the polymerization reaction was carried out at 65 ° C. for 12 hours, and the reaction product was washed with isopropyl alcohol and ethanol twice each by centrifugation (10500 rpm, 10 minutes) and redispersion. Finally, solid content was obtained by centrifugation (10500 rpm, 10 minutes) using ethanol, and PS particles were prepared after drying at room temperature for 12 hours.

1-2. PS 코어 입자를 응용한 PS-PANI 코어-쉘 입자 제조1-2. PS-PANI core-shell particle production by applying PS core particle

Aniline 0.4 g을 DI-water 60 mL에 넣고 얼음조에서 30분간 초음파 처리하였다. 이후 PS 분말 1.2 g을 aniline 용액에 넣고 추가로 얼음조에서 30분간 초음파 처리하였다. Aniline과 PS가 담긴 현탁액을 얼음조에서 5시간 교반한 다음, 둥근 플라스크로 옮긴 후 산화제인 Ammonium persulfate(APS) 0.980 g을 DI-water 5 mL에 용해하여 제조한 용액을 주사기를 사용하여 Aniline과 PS 현탁액이 담긴 둥근 플라스크에 천천히 첨가하였다. 백색의 현탁액이 황색의 현탁액으로 변하면 도핑제인 1 M농도의 염산 4.3 mL를 반응 혼합물이 담긴 둥근 플라스크 안으로 한 방울씩 천천히 첨가하였다. 이후 얼음조에서 5시간, 상온에서 18시간동안 교반하면서 중합반응을 수행하였고, DI-water를 이용하여 총 4회 원심분리(12000 rpm, 15분) 및 재분산 시키는 방법으로 세척하였고, 최종적으로 DI-water를 이용하여 원심분리(12000 rpm, 15분)함으로써 고형분을 수득하였으며 상온에서 12시간 건조 후 어두운 녹색의 PS-PANI 코어-쉘 입자를 제조하였다.Aniline 0.4 g was added to 60 mL of DI-water and sonicated in an ice bath for 30 minutes. After that, 1.2 g of PS powder was added to the aniline solution and further sonicated in an ice bath for 30 minutes. After stirring the suspension containing Aniline and PS in an ice bath for 5 hours, transfer to a round flask, and use a syringe to prepare a solution prepared by dissolving 0.980 g of Ammonium persulfate (APS), an oxidizing agent, in 5 mL of DI-water using a syringe. Slowly added to the round flask containing the suspension. When the white suspension changed to a yellow suspension, 4.3 mL of 1 M hydrochloric acid as a dopant was slowly added dropwise into the round flask containing the reaction mixture. After that, polymerization was carried out while stirring in an ice bath for 5 hours and at room temperature for 18 hours, followed by centrifugation (12000 rpm, 15 minutes) and redispersion a total of 4 times using DI-water, followed by washing with DI water. -Water was used to obtain a solid content by centrifugation (12000 rpm, 15 minutes), and after drying at room temperature for 12 hours, dark green PS-PANI core-shell particles were prepared.

본 실시예에서 제조된 PS 입자와 PS-PANI(3:1) 코어-쉘 입자에 대한 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 분석 결과를 도 1에 나타내었고, PS-PANI(3:1) 코어-쉘 입자 에 대한 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope, TEM) 분석 결과를 도 2(a)에 나타내었으며, 또한 본 실시예에서 제조된 PS-PANI(3:1) 입자의 코어-쉘 구조 형성을 확인하기 위하여 유기용매 Tetrahydrofuran(THF)을 사용하여 PS 코어를 제거한 이후 얻어진 Hollow PANI 입자의 투과전자현미경 사진을 도 2(b)에 나타내었다. The results of scanning electron microscope (SEM) analysis of the PS particles and PS-PANI (3:1) core-shell particles prepared in this Example are shown in FIG. 1 , and PS-PANI (3:1) The transmission electron microscope (TEM) analysis result of the core-shell particles is shown in FIG. 2(a), and the core-shell structure of the PS-PANI (3:1) particles prepared in this example The transmission electron micrograph of the hollow PANI particles obtained after the PS core was removed using the organic solvent Tetrahydrofuran (THF) to confirm this is shown in FIG. 2(b).

실시예 2. PS-PANI 코어-쉘 입자를 이용한 필름 제작Example 2. Film production using PS-PANI core-shell particles

상기 실시예 1에서 제조된 PS-PANI 코어-쉘 입자를 이용하여 대면적 필름을 제조하기 위하여 상기 PS-PANI 코어-쉘 입자가 용해된 Tetrahyderofuran(THF) 용액을 제조하고, 제조된 용액을 폴리에스터(Polyester) 필름 위에 바코팅 방법(RDS bar coater(No.5), 습도막 두께 11.43 μm)을 통해 균일하게 코팅하였다. PS-PANI 용액이 코팅된 폴리에스터 필름은 다양한 크기로 제조하였고 이를 도 3a-b에 나타내었다. 필름의 두께는 10 μm 이하로 제조하였고 아울러 필름을 다각도로 휘었을 때, 필름의 표면에서 크랙이 전혀 발생하지 않는 것을 확인하였다 (도 3c-e). In order to prepare a large-area film using the PS-PANI core-shell particles prepared in Example 1, a Tetrahyderofuran (THF) solution in which the PS-PANI core-shell particles were dissolved was prepared, and the prepared solution was mixed with polyester. (Polyester) The film was uniformly coated through a bar coating method (RDS bar coater (No. 5), moisture film thickness 11.43 μm). Polyester films coated with PS-PANI solution were prepared in various sizes and are shown in FIGS. 3a-b. The thickness of the film was prepared to be 10 μm or less, and when the film was bent at various angles, it was confirmed that no cracks occurred on the surface of the film ( FIGS. 3c-e ).

실시예 3. IDE 소자 응용 포름알데히드 센서의 제작Example 3. Fabrication of IDE device application formaldehyde sensor

본 발명에 따른 포름알데히드 감지 센서의 기본 소자인 IDE 제조를 위하여 전자 빔 증착(Electron Beam Evaporation) 공정을 이용하였다. IDE 패턴으로 제조된 스테인레스 스틸 재질의 금속 섀도우 마스크(metallic shadow mask)를 기판 위에 올린 후 챔버에 넣고 약 7.5×10-5 Torr 정도의 고진공 상태를 유지하였다. 전자 총(Electron gun)에 의해 생성된 전자 빔(Electron beam)은 소스 물질인 금(Gold)을 증기 상태로 승화시키며 생성된 gold vapor가 섀도우 마스크 패턴대로 기판에 증착되어 IDE 패턴을 형성하였다. 상기 실시예 1에서 제조한 PS-PANI 코어-쉘 입자가 용해된 15 wt% Tetrahydrofuran(THF) 용액을 제조하고, 용액 100 μL를 IDE 소자 위에 닥터블레이드 코팅 방법으로 코팅하여 포름알데히드 센서를 제작하였다 (도 4). An electron beam evaporation process was used to manufacture the IDE, which is the basic element of the formaldehyde detection sensor according to the present invention. A metallic shadow mask made of stainless steel manufactured in an IDE pattern was placed on the substrate, then placed in a chamber and maintained in a high vacuum state of about 7.5×10 −5 Torr. An electron beam generated by an electron gun sublimated gold as a source material to a vapor state, and the generated gold vapor was deposited on a substrate according to a shadow mask pattern to form an IDE pattern. A 15 wt% Tetrahydrofuran (THF) solution in which the PS-PANI core-shell particles prepared in Example 1 were dissolved was prepared, and 100 μL of the solution was coated on the IDE device by the doctor blade coating method to prepare a formaldehyde sensor ( Fig. 4).

실시예 4. PS-PANI 코어-쉘 입자와 IDE 센서 소자를 응용한 포름알데히드 감지센서의 특정 포름알데히드 농도에서의 민감도 분석Example 4. Sensitivity analysis at specific formaldehyde concentration of formaldehyde detection sensor using PS-PANI core-shell particles and IDE sensor element

상기 실시예 3에서 제작한 IDE소자 응용 포름알데히드 센서에 일렉트로미터를 연결한 후 포름알데히드 수용액(37wt%)을 10 ppm 농도로 맞추어 마이크로 주사기를 이용하여 주입함으로써 생기는 저항 변화를 측정하였다. 측정된 저항값을 아래와 같은 관계식 (1)을 이용하여 상대 저항값(%)으로 변환하여 포름알데히드에 대한 민감도를 분석하였다. After connecting an electrometer to the IDE device applied formaldehyde sensor prepared in Example 3, an aqueous solution of formaldehyde (37wt%) was adjusted to a concentration of 10 ppm and injected using a micro syringe to measure the resistance change. Sensitivity to formaldehyde was analyzed by converting the measured resistance value into a relative resistance value (%) using the following relation (1).

Figure 112020079118215-pat00001
Figure 112020079118215-pat00001

(상기 관계식 (1)에서 RN은 질소 분위기 하에서 측정한 저항값이며 RF는 포름알데히드를 주입한 후 측정한 저항값을 나타낸다.)(In the above relation (1), R N is a resistance value measured under a nitrogen atmosphere, and R F is a resistance value measured after formaldehyde is injected.)

그 결과, 포름알데히드에 노출되었을 때 상대 저항값(%)이 수직에 가깝게 감소하며 약 3분 이내에 최대값인 -18.7%에 도달하였고, 약 40분을 최대 평형에 도달하는 시간으로 두고 이후 질소를 주입함으로써 회복되는 경향을 확인하였다 (도 5). 즉, PS-PANI(3:1) 코어-쉘 입자는 포름알데히드 10 ppm에 대해 높은 민감도를 가지는 것을 확인하였으며 질소를 주입하여 상대저항값이 0으로 회복되기 까지는 약 30분이 소요되었다.As a result, when exposed to formaldehyde, the relative resistance value (%) decreased almost vertically and reached the maximum value of -18.7% within about 3 minutes. A tendency to recover by injection was confirmed (FIG. 5). That is, it was confirmed that the PS-PANI (3:1) core-shell particles had high sensitivity to 10 ppm of formaldehyde, and it took about 30 minutes until the relative resistance value was restored to 0 by injecting nitrogen.

실시예 5. PS-PANI 코어-쉘 입자와 IDE 센서 소자를 응용한 포름알데히드 감지 센서의 포름알데히드 농도에 따른 민감도 변화 분석Example 5. Sensitivity change analysis according to formaldehyde concentration of formaldehyde detection sensor to which PS-PANI core-shell particles and IDE sensor element are applied

상기 실시예 3에서 제작한 IDE소자 응용 포름알데히드 센서에 일렉트로미터를 연결한 후 포름알데히드 수용액(37wt%)을 1, 5, 10 ppm 등의 농도로 맞추어 마이크로 주사기를 이용하여 주입함으로써 생기는 저항 변화를 측정하였다. 포름알데히드 감지를 위한 측정 시험 방법은 실시예 4와 마찬가지로 수행하였으며, 상기 실시예 4와 동일한 PS-PANI(3:1) 코어-쉘 입자를 이용하여 포름알데히드 농도를 변화시키면서 측정함으로써 민감도를 비교하였다. 포름알데히드 농도는 1 ppm, 5 ppm, 10 ppm으로 변화시켰으며, 이에 대한 저항 변화를 측정하여 상기 실시예 4의 관계식 (1)을 통해 상대 저항값(%)으로 변환시킴으로써 민감도를 분석하였다.After connecting the electrometer to the IDE device applied formaldehyde sensor prepared in Example 3, the formaldehyde aqueous solution (37wt%) was adjusted to a concentration of 1, 5, 10 ppm, etc., and the resistance change caused by injecting it using a micro syringe measured. The measurement test method for detecting formaldehyde was performed in the same manner as in Example 4, and the sensitivity was compared by measuring while changing the formaldehyde concentration using the same PS-PANI (3:1) core-shell particles as in Example 4. . The formaldehyde concentration was changed to 1 ppm, 5 ppm, and 10 ppm, and the sensitivity was analyzed by measuring the resistance change and converting it into a relative resistance value (%) through the relation (1) of Example 4 above.

그 결과, 최대 상대 저항값에 도달한 다음 응답시간 40분까지를 최대 평형에 도달하는 시간으로 두고, 응답시간 40분에서의 상대 저항값을 비교하였을 때 포름알데히드 농도가 1 ppm 일 때 상대 저항값은 약 -9.9%, 5 ppm일 때 상대 저항값은 약 -15%, 10 ppm일 때 상대저항값은 약 -18.7%, 50 ppm일 때 상대 저항값은 약 -37.6%로 포름알데히드 농도가 증가함에 따라 최대 상대 저항값이 증가하였다. 또한, 모든 포름알데히드 농도에서 약 5분 이내로 최대 상대 저항값에 도달하는 것을 확인하였으며, 포름알데히드 농도에 따라 상대 저항값이 정량적으로 변화하는 것을 통하여 포름알데히드의 농도는 PS-PANI 코어-쉘 입자를 이용한 포름알데히드 센서의 감지 성능을 제어할 수 있는 중요한 요소임을 확인하였다. 아울러 PS-PANI(3:1) 코어-쉘 입자는 본 실험에서 최소 1 ppm의 포름알데히드에 대해 우수한 민감도를 보여주었으며, 폴리아닐린 응용 포름알데히드 센서 중 가장 낮은 최소 검출 농도를 나타내었다 (도 6).As a result, the relative resistance value when the formaldehyde concentration is 1 ppm when the relative resistance value at the response time 40 minutes is compared with the response time of 40 minutes after reaching the maximum relative resistance value as the time to reach the maximum equilibrium. When silver is about -9.9%, at 5 ppm, the relative resistance value is about -15%, at 10 ppm, the relative resistance value is about -18.7%, and at 50 ppm, the relative resistance value is about -37.6%, increasing the formaldehyde concentration. As a result, the maximum relative resistance increased. In addition, it was confirmed that the maximum relative resistance value was reached within about 5 minutes at all formaldehyde concentrations, and through the quantitative change in the relative resistance value according to the formaldehyde concentration, the formaldehyde concentration was It was confirmed that it is an important factor to control the sensing performance of the used formaldehyde sensor. In addition, PS-PANI (3:1) core-shell particles showed excellent sensitivity to formaldehyde of at least 1 ppm in this experiment, and exhibited the lowest minimum detection concentration among polyaniline-applied formaldehyde sensors (FIG. 6).

실시예 6. PS-PANI 코어-쉘 입자와 IDE 센서 소자를 응용한 포름알데히드 감지 센서의 가역성 평가Example 6. Reversibility evaluation of formaldehyde detection sensor using PS-PANI core-shell particles and IDE sensor element

상기 실시예 4 및 실시예 5와 동일한 PS-PANI(3:1) 코어-쉘 입자를 10 ppm의 포름알데히드에 대해 동일한 조건에서 두 차례 반복적으로 저항을 측정하였으며, 첫번째 측정 이후 별도의 건조과정이나 처리는 수행하지 않았다. 측정 결과는 실시예 4의 관계식 (1)을 이용하여 상대 저항값(%)으로 변환한 다음 포름알데히드 감지 센서의 가역성을 평가하였다.Resistance of the same PS-PANI (3:1) core-shell particles as in Examples 4 and 5 was measured twice under the same conditions for 10 ppm formaldehyde, and after the first measurement, a separate drying process or No treatment was performed. The measurement result was converted into a relative resistance value (%) using the relational expression (1) of Example 4, and then the reversibility of the formaldehyde detection sensor was evaluated.

그 결과, 실시예 4와 동일한 조건 및 동일한 방법으로 3회 반복 측정하였을 때, 첫번째 측정에서 최대 상대 저항값은 -18.7%, 두번째 측정에서 최대 상대 저항값은 -17.3%, 그리고 세번째 측정에서 최대 상대 저항값은 -15.6%으로 최대 상대 저항값이 비교적 높게 유지되며, 우수한 가역성을 나타내는 것을 확인하였다. 또한, 회복시간은 약 30분 내외로 일정하였으며 모두 상대 저항값이 0으로 즉, 초기 저항값으로 되돌아가는 현상을 나타냈다 (도 7). 이러한 가역성은 기존의 폴리아닐린 기반 포름알데히드 감지 센서에서 제시되지 못한 센서 성능이다.As a result, when the measurement was repeated three times under the same conditions and the same method as in Example 4, the maximum relative resistance value in the first measurement was -18.7%, the maximum relative resistance value in the second measurement was -17.3%, and the maximum relative resistance value in the third measurement The resistance value was -15.6%, and it was confirmed that the maximum relative resistance value was maintained relatively high, and excellent reversibility was confirmed. In addition, the recovery time was constant for about 30 minutes, and all of them showed a phenomenon in which the relative resistance value returned to 0, that is, to the initial resistance value (FIG. 7). This reversibility is a sensor performance that has not been presented in conventional polyaniline-based formaldehyde detection sensors.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시태양일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As described above in detail a specific part of the content of the present invention, for those of ordinary skill in the art, it is clear that this specific description is only a preferred embodiment, and the scope of the present invention is not limited thereby. something to do. Accordingly, it is intended that the substantial scope of the present invention be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (10)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete (A) 기판에 IDE 패턴을 형성한 IDE 센서 소자를 제조하는 단계;
(B) 감지 재료로서 코어-쉘 구조의 폴리스타이렌-폴리아닐린(PS-PANI) 입자를 제조하는 단계;
(C) 상기 (B)에서 제조한 폴리스타이렌-폴리아닐린 입자를 테트라히드로푸란(tetrahydrofuran)에 용해시켜 코팅액을 제조하는 단계; 및
(D) 상기 (A)단계에서 제조한 IDE 센서 소자에 (C)의 코팅액을 코팅하는 단계;를 포함하는 포름알데히드 감지 센서의 제조 방법.
(A) manufacturing an IDE sensor device in which an IDE pattern is formed on a substrate;
(B) preparing polystyrene-polyaniline (PS-PANI) particles having a core-shell structure as a sensing material;
(C) preparing a coating solution by dissolving the polystyrene-polyaniline particles prepared in (B) in tetrahydrofuran; and
(D) coating the coating solution of (C) on the IDE sensor device prepared in step (A); manufacturing method of a formaldehyde detection sensor comprising a.
제5항에 있어서,
상기 단계 (A)는:
(a-1) 금속 섀도우 마스크(metallic shadow mask)를 기판 위에 올려 챔버(chamber) 내에서 10-6 내지 10-7(Torr)로 압력을 가하는 단계;
(a-2) 증착 재료로서 금(gold)을 이용하여 패턴을 증착시킨 다음, 냉각시킨 후 금속 섀도우 마스크를 제거하여 기판에 IDE 패턴을 형성시키는 단계; 및
(a-3) IDE 패턴이 형성된 기판을 진공 열처리하여 IDE 센서 소자를 제조하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것인, 방법.
6. The method of claim 5,
The step (A) is:
(a-1) applying a pressure to 10 -6 to 10 -7 (Torr) in a chamber by placing a metallic shadow mask on the substrate;
(a-2) forming an IDE pattern on a substrate by depositing a pattern using gold as a deposition material, cooling it, and then removing the metal shadow mask; and
(a-3) vacuum heat treatment of the substrate on which the IDE pattern is formed, characterized in that it comprises the step of manufacturing an IDE sensor device.
제5항에 있어서,
상기 단계 (B)에서 폴리스타이렌과 폴리아닐린의 중량비는 4:1 내지 2:1인 것을 특징으로 하는 것인, 방법.
6. The method of claim 5,
In the step (B), the weight ratio of polystyrene and polyaniline is 4:1 to 2:1, characterized in that the method.
제5항에 있어서,
상기 단계 (B)는:
(b-1) 분산 중합(Dispersion Polymerization) 공정에 의해 스타이렌(styrene)을 원료로 폴리스타이렌(PS) 코어를 제조하는 단계; 및
(b-2) 팽윤-확산-계면 중합(Swelling-Diffusion-Interfacial Polymerization, SDIPM) 공정에 의해 상기 폴리스타이렌 코어를 폴리아닐린(PANI)으로 코팅하여 코어-쉘 구조의 폴리스타이렌-폴리아닐린(PS-PANI) 입자를 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 것인, 방법.
6. The method of claim 5,
The step (B) is:
(b-1) preparing a polystyrene (PS) core using styrene as a raw material by a dispersion polymerization process; and
(b-2) Polystyrene-polyaniline (PS-PANI) particles of a core-shell structure by coating the polystyrene core with polyaniline (PANI) by a swelling-diffusion-interfacial polymerization (SDIPM) process A method, characterized in that it comprises the step of generating.
제5항에 있어서,
상기 (C) 단계에서 코팅액 내의 폴리스타이렌-폴리아닐린 입자는 테트라히드로푸란 함량 대비 10 내지 20 wt%로 포함되는 것을 특징으로 하는 것인, 방법.
6. The method of claim 5,
The method, characterized in that the polystyrene-polyaniline particles in the coating solution in step (C) are included in an amount of 10 to 20 wt% based on the tetrahydrofuran content.
제5항에 있어서,
상기 (D) 단계에서의 코팅은 코팅액을 50 내지 200㎕ 인가하는 것을 특징으로 하는 것인, 방법.
6. The method of claim 5,
The coating in step (D) is characterized in that 50 to 200 μl of the coating solution is applied, the method.
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