KR20090055276A - Gas sensor using capacitance - Google Patents

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KR20090055276A
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gas sensor
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carbon nanotubes
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KR1020070122115A
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황하룡
이영희
임성주
유우종
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(주)와이즈산전
성균관대학교산학협력단
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Abstract

A capacitive type gas sensor is provided to improve a reaction speed and a recovery speed of a gas sensor by forming a plurality of holes in a first electrode or a second electrode. A capacitive type gas sensor(100) includes a first electrode(110), a second electrode(120), and spacers(130a,130b). A plurality of nano tubes(140) is grown on a top surface of the first electrode. A plurality of nano tubes is grown on a catalyst layer(180) formed on the top surface of the first electrode. The nano tube is vertically grown about the first electrode, and has a needle shape. The second electrode is faced with the first electrode. The spacers are installed between the first electrode and the second electrode, and support a structure of the first electrode and the second electrode.

Description

정전용량 방식 가스센서{Gas sensor using capacitance}Capacitive gas sensor

본 발명은 가스센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 나노튜브를 이용하여 두 개의 전극 사이의 정전용량을 측정하여 가스의 농도를 감지하는 정전용량 방식 가스센서에 관한 것이다. The present invention relates to a gas sensor, and more particularly to a capacitive gas sensor for sensing the concentration of the gas by measuring the capacitance between the two electrodes using a nanotube.

일반적으로 가스센서는 가스 분자의 흡착에 따라 전기전도도 또는 전기저항이 변화하는 특성을 이용하여 유해가스의 양을 측정하는 원리에 의해 작동된다. 가스센서로 많이 사용되어온 물질로는 SnO2와 같은 금속산화물 반도체, 고체전해질 물질, 다양한 유기물질, 그리고 카본 블랙(carbon black)과 유기물의 복합체 등이 있다. In general, the gas sensor is operated by the principle of measuring the amount of harmful gas by using the characteristic that the electrical conductivity or electrical resistance changes according to the adsorption of gas molecules. Materials that have been widely used as gas sensors include metal oxide semiconductors such as SnO 2 , solid electrolyte materials, various organic materials, and carbon black and organic compounds.

그런데, 이와 같은 물질로 이루어진 가스센서의 경우 많은 문제점이 있다. 예를 들어, 금속산화물 반도체나 고체전해질을 사용하는 경우에는 200℃ 내지 600℃ 혹은 그 이상의 온도로 가열을 하여야 센서의 동작이 정상적으로 이루어지고, 유기물질의 경우에는 전기전도도가 매우 낮으며, 카본 블랙과 유기물의 복합체는 매우 낮은 감도(sensitivity)를 가지고 있다. However, there are many problems with the gas sensor made of such a material. For example, in the case of using a metal oxide semiconductor or a solid electrolyte, the sensor operates normally at a temperature of 200 ° C. to 600 ° C. or higher, and in the case of organic materials, electrical conductivity is very low, and carbon black The complex of organics has very low sensitivity.

이에 비하여 최근 신소재 소자로 각광받고 있는 탄소나노튜브(Carbon NanoTube)는 상온에서 동작이 가능하고, 감도가 매우 좋으며 반응 속도가 빠르다는 장점을 가지고 있다. 이러한 장점을 이용하여 탄소나노튜브를 이용하여 전기저항의 변화를 측정하는 가스센서가 널리 개발되고 있다. On the other hand, carbon nanotubes, which have recently been spotlighted as new material devices, have the advantages of being capable of operating at room temperature, having high sensitivity, and fast reaction speed. Taking advantage of these advantages, gas sensors for measuring changes in electrical resistance using carbon nanotubes have been widely developed.

그러나, 이러한 가스센서는 응답속도 및 회복속도가 수시간으로 매우 길고 장기적으로 저항이 변하기 때문에 상용화에 어려움이 있다. 또한, 탄소나노튜브가 원래의 전기전도도로 복귀하기 위해서는 가열이 필수적으로 이루어져야 하는데, 이로 인해 부가적인 요소들을 필요로 한다. However, this gas sensor is difficult to commercialize because the response and recovery speed is very long (hours) and resistance changes in the long term. In addition, in order for the carbon nanotubes to return to their original electrical conductivity, heating must be performed, which requires additional elements.

즉 예를 들면 탄소나노튜브의 복귀 특성이 매우 느리게 진행되기 때문에 이의 복귀 특성을 향상시키기 위해 히터와 같은 가열체가 필요하게 된다. 히터를 가스센서에 장착하게 되면 소비전력이 높아서 휴대형 기기에 사용할 수 없고, 제조공정이 복잡하게 되는 문제점이 있다. That is, for example, since the return characteristics of the carbon nanotubes proceed very slowly, a heating element such as a heater is required to improve the return characteristics of the carbon nanotubes. When the heater is mounted on the gas sensor, the power consumption is high, so it cannot be used in a portable device, and the manufacturing process is complicated.

본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 응답속도 및 회복속도가 향상되고 제조공정이 단순화된 정전용량 방식 가스센서를 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in an effort to provide a capacitive gas sensor having improved response and recovery speeds and a simplified manufacturing process.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 방식 가스센서는, 상면에 복수개의 나노튜브들이 성장된 제1 전극; 상기 제1 전극에 대향하여 상기 복수개의 나노튜브들과 접촉되지 않게 설치되는 제2 전극; 및 상기 제 1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구조를 지지하기 위해 설치되는 부도체의 스페이서들을 포함한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a capacitive gas sensor, including: a first electrode having a plurality of nanotubes grown on an upper surface thereof; A second electrode disposed to be in contact with the plurality of nanotubes so as to face the first electrode; And non-conductive spacers installed to support the structure between the first electrode and the second electrode.

상기 제1 전극은, 복수개의 홀이 형성되어 있는 것이 바람직하다. It is preferable that a plurality of holes are formed in the first electrode.

상기 제2 전극은, 복수개의 홀이 형성되어 있는 것이 바람직하다. It is preferable that a plurality of holes are formed in the second electrode.

상기 나노튜브는, 탄소나노튜브 또는 나노선인 것이 바람직하다. The nanotubes are preferably carbon nanotubes or nanowires.

상기 나노튜브는, 바늘형상으로 상기 제1 전극에 대하여 수직성장된 것이 바람직하다. Preferably, the nanotubes are vertically grown with respect to the first electrode in a needle shape.

상기 나노튜브는, 소수성 또는 친수성 처리하여 가스에 대한 선택성을 부여시킨 것이 바람직하다.The nanotubes are preferably hydrophobic or hydrophilic to impart selectivity to the gas.

상기 나노튜브는, 소수성 및 친수성으로 만들기 위해 내부 결함을 조절하는 것이 바람직하다.The nanotubes preferably control internal defects to make them hydrophobic and hydrophilic.

상기 나노튜브는, 소수성으로 만들기 위해 꼬아서 성장시키거나, 불소처리하거나, 열처리된 것이 바람직하다. The nanotubes are preferably twisted, fluorinated or heat treated to make them hydrophobic.

상기 나노튜브는, 친수성으로 만들기 위해 산소 플라즈마, 산처리, 과산화수소처리 또는 공기중에서 산화처리함으로서 결함부위에 카르복실기를 많이 부착시킨 것 등이 바람직하다.In order to make the nanotubes hydrophilic, an oxygen plasma, an acid treatment, a hydrogen peroxide treatment, or an oxidation treatment in air is preferably used by attaching a large number of carboxyl groups to the defect site.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전용량 방식 가스센서는, 상면에 복수개의 나노튜브들이 성장된 제1 전극; 상기 제1 전극에 대향하게 설치되고, 상기 제1 전극에 대향하는 면에 복수개의 나노튜브들이 성장되고, 상기 복수개의 나노튜브들이 상기 제1 전극의 복수개의 나노튜브들과 접촉 되지 않게 설치되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구조를 지지하기 위해 설치되는 부도체의 스페이서들을 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a capacitive gas sensor, including: a first electrode having a plurality of nanotubes grown on an upper surface thereof; A plurality of nanotubes grown on the surface of the first electrode, the plurality of nanotubes being grown to face the first electrode, and the plurality of nanotubes not to contact the plurality of nanotubes of the first electrode; 2 electrodes; And insulator spacers provided to support the structure between the first electrode and the second electrode.

상기 제1 전극은, 복수개의 홀이 형성되어 있는 것이 바람직하다. It is preferable that a plurality of holes are formed in the first electrode.

상기 제2 전극은, 복수개의 홀이 형성되어 있는 것이 바람직하다. It is preferable that a plurality of holes are formed in the second electrode.

상기 나노튜브는, 탄소나노튜브 또는 나노선인 것이 바람직하다. The nanotubes are preferably carbon nanotubes or nanowires.

상기 나노튜브는, 바늘형상으로 상기 제1 전극 및 제2 전극 각각에 대하여 수직성장된 것이 바람직하다. The nanotubes are preferably vertically grown with respect to each of the first electrode and the second electrode in a needle shape.

상기 나노튜브는, 꼬아서 성장시킨 것이 바람직하다. It is preferable that the said nanotube was twisted and grown.

상기 나노튜브는, 불소처리된 것이 바람직하다. It is preferable that the said nanotube is fluorine-treated.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또다른 실시예에 따른 정전용량 방식 가스센서는, 제1 전극; 상기 제1 전극에 대향하게 설치되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구조를 지지하기 위해 설치되는 부도체의 스페이서들을 포함한다. According to still another aspect of the present invention, there is provided a capacitive gas sensor, including: a first electrode; A second electrode provided to face the first electrode; And insulator spacers provided to support the structure between the first electrode and the second electrode.

상기 제1 전극은, 복수개의 홀이 형성되어 있는 것이 바람직하다. It is preferable that a plurality of holes are formed in the first electrode.

상기 제2 전극은, 복수개의 홀이 형성되어 있는 것이 바람직하다. It is preferable that a plurality of holes are formed in the second electrode.

상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 방식 가스센서는 반응속도 및 응답속도가 기존의 가스센서에 비해 빨라져 가스의 농도를 정확하게 측정할 수 있는 장점이 있다. As described above, the capacitive gas sensor according to the embodiment of the present invention has an advantage in that the reaction speed and response speed are faster than those of the conventional gas sensor, so that the concentration of the gas can be accurately measured.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 도면에 기재된 내용을 참조하여야 한다. DETAILED DESCRIPTION In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention and the contents described in the drawings.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in the drawings denote like elements.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식 가스센서의 전극의 형태를 도시한 것이고, 도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식 가스센서를 도시한 것이고, 도 2b는 도 2a의 정전용량 방식 가스센서의 동작 원리를 도시한 것이다. 1 is a view showing the shape of the electrode of the capacitive gas sensor according to an embodiment of the present invention, Figure 2a shows a capacitive gas sensor according to an embodiment of the present invention, Figure 2b The operating principle of the capacitive gas sensor of 2a is shown.

도 1, 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 정전용량 방식 가스센서(100)는 제1 전극(110), 제2 전극(120) 및 스페이서들(130a, 130b)을 포함한다. 1, 2A and 2B, the capacitive gas sensor 100 includes a first electrode 110, a second electrode 120, and spacers 130a and 130b.

제1 전극(110)의 상면에는 복수개의 나노튜브들(140)이 성장된다. 복수개의 나노튜브들(140)은 제1 전극(110)의 상면에 형성된 촉매층(180) 상에서 복수개의 나노튜브들(140)이 성장된다. 촉매층(180) 상에 복수개의 나노튜브들(140)을 성장시키는 공정은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 널리 이해할 수 있으므로 여기서는 상세한 설명을 생략하기로 한다. A plurality of nanotubes 140 are grown on the top surface of the first electrode 110. The plurality of nanotubes 140 are grown on the catalyst layer 180 formed on the upper surface of the first electrode 110. The process of growing the plurality of nanotubes 140 on the catalyst layer 180 can be widely understood by those of ordinary skill in the art, so a detailed description thereof will be omitted.

나노튜브(140)는 탄소나노튜브, 나노선 등이 이용될 수 있으나 설명의 편의를 위하여 탄소나노튜브의 경우를 예로 하여 설명하기로 한다.Carbon nanotubes, nanowires, etc. may be used as the nanotubes 140, but for convenience of description, carbon nanotubes will be described as an example.

탄소나노튜브는 전자방출특성, 화학적 반응성 등이 매우 우수하기 때문에 다 양한 산업분야에서 많이 활용될 수 있고, 부피에 비하여 표면적이 매우 큰 물질이므로 높은 표면 반응성과 함께 미량의 화학성분의 검출, 수소 저장과 같은 응용분야에서도 매우 유용하다. Carbon nanotubes can be widely used in various industries because of their excellent electron emission characteristics and chemical reactivity, and because they have a very large surface area compared to their volume, they can detect trace chemicals with high surface reactivity and hydrogen storage. It is also very useful in such applications.

이러한 장점은 탄소나노튜브가 갖는 물성에서 기인한다. 탄소나노튜브는 육각형 고리로 연결된 탄소들로 이루어진 흑연 판상을 둥글게 말아서 생긴 튜브 형태의 분자로 그 직경이 수 내지 수십 nm에 이른다. 탄소나노튜브는 강도가 강하면서도 잘 휘고 계속적인 반복 사용에도 손상되거나 마모되지 않으며, 말린 형태와 구조 및 직경에 따라 전기적 특성이 달라진다. This advantage is due to the physical properties of carbon nanotubes. Carbon nanotubes are molecules in the form of tubes formed by rounding a graphite plate made of carbons connected by hexagonal rings, which have diameters of several tens to several tens of nm. Carbon nanotubes are strong and well bent, and do not damage or wear out even after repeated use, and their electrical properties vary depending on the dried form, structure and diameter.

특히 탄소나노튜브가 가지고 있는 구조적인 장점은 본 발명에서 구현하고자하는 정전용량 방식 가스센서 제작에 매우 유용하다. 탄소나노튜브는 수 nm 직경에, 수십 μm의 길이를 가지고 있어 가늘고 길다. 이러한 구조가 전기장 안에 놓이게 되면, 튜브의 끝에서 인가된 전기장이 크게 증폭되는데, 튜브의 밀도에 따라서 전기장 증폭율은 약 1000~3000 배이다. 이렇게 강한 전기장에 의하여 두 전극 사이에 들어온 가스의 분극이 일어나고 정전용량에 변화가 생긴다. 정전용량 변화량은 가스의 농도 및 종류에 따라 다르다. In particular, the structural advantages of carbon nanotubes are very useful for the production of capacitive gas sensors to be implemented in the present invention. Carbon nanotubes are thin and long because they are several nm in diameter and have a length of several tens of micrometers. When this structure is placed in the electric field, the electric field applied at the end of the tube is greatly amplified, and the field amplification rate is about 1000 to 3000 times depending on the density of the tube. This strong electric field causes polarization of the gas introduced between the two electrodes and changes in capacitance. The amount of change in capacitance depends on the concentration and type of gas.

탄소나노튜브를 가스센서에 사용할 경우, 상온에서 동작이 가능하고, NH3 , NO2 등의 유해 가스와 반응시 전기전도도의 변화가 커서 감도가 매우 좋으며, 반응 및 응답속도가 빠르다는 장점이 있다. When carbon nanotubes are used in gas sensors, they can be operated at room temperature, and their sensitivity is very good due to the large change in electrical conductivity when reacting with harmful gases such as NH 3 and NO 2, and the reaction and response speed are fast. .

나노튜브(140)는 바늘형상으로 제1 전극(110)에 대하여 수직성장되는 것이 바람직하다. The nanotubes 140 are preferably vertically grown with respect to the first electrode 110 in a needle shape.

탄소나노튜브는 원래 소수성 특성을 가지고 있고, 이는 탄소나노튜브가 가지는 기하학적인 구조 때문이다. 그러나, 탄소나노튜브가 가지고 있는 표면결함(defect)은 결합력이 강하여 다른 분자들과 쉽게 결합한다. 이로 인해 표면결함이 많은 탄소나노튜브는 표면결함이 적은 탄소나노튜브보다 친수성 특성이 강하다. 따라서, 탄소나노튜브의 친수성 또는 소수성 특성은 주로 탄소나노튜브 표면에 표면결함을 조절하면 어느 정도 조절이 가능하다. 탄소나노튜브를 소수성 처리 또는 친수성 처리를 함으로써, 특정 가스분자에 대해 선택성을 부여할 수 있어 다양한 상황에서 가스의 농도를 정확히 측정할 수 있다. Carbon nanotubes originally have hydrophobic properties because of the geometric structure of carbon nanotubes. However, the surface defects of carbon nanotubes have a strong bonding force and easily bond with other molecules. As a result, carbon nanotubes having many surface defects have stronger hydrophilic properties than carbon nanotubes having few surface defects. Therefore, the hydrophilicity or hydrophobicity of the carbon nanotubes can be controlled to some extent by controlling surface defects mainly on the surface of the carbon nanotubes. By hydrophobic treatment or hydrophilic treatment of the carbon nanotubes, selectivity can be imparted to specific gas molecules so that the concentration of the gas can be accurately measured in various situations.

탄소나노튜브에 열처리를 하면 표면결함이 사라져 탄소나노튜브가 더 강한 소수성을 가진다. When heat-treated on the carbon nanotubes, surface defects disappear, and the carbon nanotubes have stronger hydrophobicity.

그러나, 탄소나노튜브에 산소 플라즈마, 산(예를 들어, 질산, 황산) 처리 등을 하면 표면결함에 카복실기가 많아져 탄소나노튜브가 친수성으로 변한다. 또한 공기중에서 태운다든지, 또는 H2O2 처리를 하면 탄소나노튜브가 친수성으로 변한다. However, when the carbon nanotubes are treated with oxygen plasma, acid (for example, nitric acid, sulfuric acid) or the like, carboxyl groups increase in surface defects, and the carbon nanotubes become hydrophilic. In addition, carbon nanotubes become hydrophilic when burned in air or treated with H 2 O 2 .

나노튜브(140)는 꼬아서 성장시킬 수 있다. 이러한 경우, 나노튜브(140)가 소수성으로 변한다. 또한, 나노튜브(140)가 소수성을 가지게 하기 위해, 나노튜브(140)에 불소처리할 수도 있다. 꼬아서 성장되거나 불소처리된 나노튜브(140)가 습도에 강해지므로, 가스센서(100)가 습도에 의해 오동작하는 것을 방지할 수 있다. The nanotubes 140 may be twisted and grown. In this case, the nanotubes 140 become hydrophobic. In addition, in order to make the nanotubes 140 have hydrophobicity, the nanotubes 140 may be fluorinated. Since the twisted or fluorinated nanotubes 140 become resistant to humidity, the gas sensor 100 may be prevented from malfunctioning due to humidity.

제2 전극(120)은 제1 전극(110)에 대향하여 복수개의 나노튜브들(140)과 접촉되지 않게 설치된다. The second electrode 120 is installed so as not to contact the plurality of nanotubes 140 opposite to the first electrode 110.

스페이서들(130a, 130b)은 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 설치되고, 제1 전극(110)과 제2 전극(120)의 구조를 지지한다. 스페이서들(130a, 130b)은 부도체의 성질을 가지며 가스 흡착이 잘 일어나지 않는 부도체라면 다양한 물질이 스페이서로서 이용될 수 있다.The spacers 130a and 130b are disposed between the first electrode 110 and the second electrode 120 and support the structures of the first electrode 110 and the second electrode 120. The spacers 130a and 130b may be insulators, and various materials may be used as the spacers as long as the insulators do not easily adsorb gas.

제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이의 정전용량을 측정하면, 가스의 농도에 따라 정전용량이 달라진다. When the capacitance between the first electrode 110 and the second electrode 120 is measured, the capacitance varies depending on the concentration of the gas.

나노튜브(140)의 끝에서 큰 전기장이 형성되기 때문에 가스의 농도에 따른 정전용량 변화가 크게 나타난다. 다시 말해, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이에 전원을 인가하면, 나노튜브(140)의 표면에 강력한 전기장이 생성된다. 나노튜브(140)에 흡착된 분자들은 강한 전기장에 의하여 분극이 일어나기 때문에 전극들 사이의 정전용량이 증가한다. Since a large electric field is formed at the end of the nanotubes 140, the capacitance change according to the concentration of the gas appears large. In other words, when power is applied between the first electrode 110 and the second electrode 120, a strong electric field is generated on the surface of the nanotube 140. Since the molecules adsorbed on the nanotubes 140 are polarized by a strong electric field, the capacitance between the electrodes increases.

제1 전극(110)은 복수개의 홀들이 형성될 수 있다. 또한, 제2 전극(120)도 복수개의 홀들이 형성될 수 있다. A plurality of holes may be formed in the first electrode 110. Also, a plurality of holes may be formed in the second electrode 120.

도 3a는 복수개의 홀들이 형성된 전극을 도시한 것이고, 도 3b는 도 3a의 확대도이다. 3A illustrates an electrode in which a plurality of holes are formed, and FIG. 3B is an enlarged view of FIG. 3A.

제1 전극(110) 또는 제2 전극(120)에 복수개의 홀들을 형성함으로써, 통기성이 향상된다. 이렇게 됨으로써 가스센서의 반응속도 및 회복속도가 빨라진다. By forming a plurality of holes in the first electrode 110 or the second electrode 120, breathability is improved. As a result, the reaction rate and recovery rate of the gas sensor are increased.

도 4a는 제1 전극에 복수개의 홀들이 형성된 가스센서의 부분 단면도를 도시 한 것이고, 도 4b는 제1 전극 및 제2 전극에 복수개의 홀들이 형성된 가스센서의 부분 단면도를 도시한 것이다. 4A illustrates a partial cross-sectional view of a gas sensor in which a plurality of holes are formed in a first electrode, and FIG. 4B illustrates a partial cross-sectional view of a gas sensor in which a plurality of holes are formed in a first electrode and a second electrode.

도 4a를 참조하면, 제1 전극(110)에 복수개의 홀들(160)이 형성되어 있다. 도 4b를 참조하면, 제1 전극(110) 및 제2 전극(120)에 복수개의 홀들(160 및 170)이 각각 형성되어 있다. 이렇게 형성된 홀 에지 부분에 전기장이 커져서 감도가 향상된다. Referring to FIG. 4A, a plurality of holes 160 are formed in the first electrode 110. Referring to FIG. 4B, a plurality of holes 160 and 170 are formed in the first electrode 110 and the second electrode 120, respectively. The electric field is increased in the hole edge portion thus formed, thereby improving the sensitivity.

다음, 본 발명에 따른 다른 실시예를 설명한다.Next, another embodiment according to the present invention will be described.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스센서를 도시한 것이다. 5 shows a gas sensor according to another embodiment of the present invention.

가스센서(500)는 제1 전극(510), 제2 전극(520) 및 스페이서들(530a, 530b)을 포함한다. The gas sensor 500 includes a first electrode 510, a second electrode 520, and spacers 530a and 530b.

제1 전극(510)의 상면에는 복수개의 나노튜브들(540)이 성장된다. 복수개의 나노튜브들(540)은 제1 전극(510)의 상면에 형성된 촉매층(580) 상에서 복수개의 나노튜브들(540)이 성장된다. A plurality of nanotubes 540 is grown on the top surface of the first electrode 510. The plurality of nanotubes 540 is grown on the catalyst layer 580 formed on the upper surface of the first electrode 510.

제2 전극(520)은 제1 전극(510)에 대향하게 설치되고, 제1 전극(510)에 대향하는 면에 복수개의 나노튜브들(550)이 성장된다. 복수개의 나노튜브들(550)은 제1 전극의 복수개의 나노튜브들(540)과 접촉되지 않게 설치된다. The second electrode 520 is installed to face the first electrode 510, and a plurality of nanotubes 550 is grown on a surface opposite to the first electrode 510. The plurality of nanotubes 550 are installed not to contact the plurality of nanotubes 540 of the first electrode.

가스센서(500)는 도 1의 가스센서(100)와 마찬가지로, 제1 전극(510)에 복수개의 홀들이 형성될 수 있다. 또한, 제2 전극(520)에도 복수개의 홀들이 형성될 수 있다. As in the gas sensor 100 of FIG. 1, the gas sensor 500 may have a plurality of holes formed in the first electrode 510. In addition, a plurality of holes may be formed in the second electrode 520.

나노튜브(540, 550)는 탄소나노튜브 또는 나노선인 것이 바람직하고, 나노튜 브(540, 550)는 바늘형상으로 제1 전극(510) 및 제2 전극(520)에 대하여 각각 수직성장되는 것이 바람직하다. The nanotubes 540 and 550 are preferably carbon nanotubes or nanowires, and the nanotubes 540 and 550 are needle-shaped and vertically grown with respect to the first electrode 510 and the second electrode 520, respectively. desirable.

나노튜브(540, 550)에 소수성 처리 또는 친수성 처리를 함으로써, 특정 가스분자에 대해 선택성을 부여할 수 있어 다양한 상황에서 가스의 농도를 정확히 측정할 수 있다. 나노튜브(540, 550)는 꼬아서 성장시킬 수 있다. 이러한 경우, 나노튜브(540, 550)가 소수성으로 변한다. 또한, 나노튜브(540, 550)가 소수성을 가지게 하기 위해, 나노튜브(540, 550)에 불소처리할 수도 있다. 꼬아서 성장되거나 불소처리된 나노튜브(540, 550)가 습도에 강해지므로, 가스센서(500)가 습도에 의해 오동작하는 것을 방지할 수 있다. By applying hydrophobicity or hydrophilicity treatment to the nanotubes 540 and 550, selectivity can be imparted to specific gas molecules so that the concentration of gas can be accurately measured in various situations. The nanotubes 540 and 550 may be twisted and grown. In this case, nanotubes 540 and 550 become hydrophobic. In addition, in order to make the nanotubes 540 and 550 hydrophobic, the nanotubes 540 and 550 may be fluorinated. Since the twisted or fluorinated nanotubes 540 and 550 become resistant to humidity, the gas sensor 500 may be prevented from malfunctioning due to humidity.

스페이서들(530a, 530b)은 제1 전극(510)과 제2 전극(520) 사이에 구조를 지지하기 위해 설치된다. 스페이서들(530a, 530b)은 부도체인 것이 바람직하다. Spacers 530a and 530b are installed to support the structure between the first electrode 510 and the second electrode 520. The spacers 530a and 530b are preferably insulators.

도 6a는 제1 전극에 복수개의 홀들이 형성된 가스센서의 부분 단면도를 도시한 것이고, 도 6b는 제1 전극 및 제2 전극에 복수개의 홀들이 형성된 가스센서의 부분 단면도를 도시한 것이다. FIG. 6A illustrates a partial cross-sectional view of a gas sensor having a plurality of holes formed in a first electrode, and FIG. 6B illustrates a partial cross-sectional view of a gas sensor in which a plurality of holes are formed in a first electrode and a second electrode.

도 6a를 참조하면, 제1 전극(510)에 복수개의 홀들(560)이 형성되어 있다. 도 4b를 참조하면, 제1 전극(510) 및 제2 전극(520)에 복수개의 홀들(560 및 570)이 각각 형성되어 있다. 이렇게 형성된 홀 에지 부분에 전기장이 커져서 감도가 향상된다. Referring to FIG. 6A, a plurality of holes 560 are formed in the first electrode 510. Referring to FIG. 4B, a plurality of holes 560 and 570 are formed in the first electrode 510 and the second electrode 520, respectively. The electric field is increased in the hole edge portion thus formed, thereby improving the sensitivity.

다음, 본 발명의 또다른 실시예에 대하여 설명한다. Next, another embodiment of the present invention will be described.

도 7은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 정전용량 방식 가스센서를 도시한 것이다. 7 illustrates a capacitive gas sensor according to another embodiment of the present invention.

가스센서(700)는 제1 전극(710), 제1 전극(710)에 대향하게 설치되는 제2 전극(720), 및 제1 전극(710)과 제2 전극(720) 사이에 구조를 지지하기 위해 설치되는 부도체의 스페이서들(730)을 포함한다. The gas sensor 700 supports a structure between the first electrode 710, the second electrode 720 provided to face the first electrode 710, and the first electrode 710 and the second electrode 720. It includes spacers 730 of the non-conductor is installed to.

제1 전극(710)과 제2 전극(720) 사이의 정전용량을 측정하여 가스농도를 측정할 수 있다. 나노튜브를 성장시키지 아니하여도 가스에 의하여 제 1전극(710)과 제 2전극(720) 사이의 정전용량이 변화되므로 이 원리를 이용하여 도 7의 구조도 가스센서로 이용될 수 있다. The gas concentration may be measured by measuring the capacitance between the first electrode 710 and the second electrode 720. Since the capacitance between the first electrode 710 and the second electrode 720 is changed by the gas even without growing the nanotubes, the structure of FIG. 7 can be used as a gas sensor using this principle.

상술한 바와 같이, 제1 전극(710) 또는 제2 전극(720)은 반응속도 및 회복속도를 빠르게 하기 위해, 복수개의 홀들을 구비할 수 있다. As described above, the first electrode 710 or the second electrode 720 may include a plurality of holes in order to increase the reaction rate and the recovery rate.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 방식 가스센서의 성능을 도시한 것이다. 8a and 8b show the performance of the capacitive gas sensor according to an embodiment of the present invention.

도 8a를 참조하면, 탄소나노튜브를 사용한 가스센서와 탄소나노튜브 및 홀을 사용한 가스센서는 탄소나노튜브를 사용하지 않은 가스센서에 비해 반응속도 및 회복속도가 빠르고 감도가 높음을 알 수 있다. Referring to FIG. 8A, the gas sensor using the carbon nanotubes and the gas sensor using the carbon nanotubes and the holes have a higher reaction speed and a higher recovery speed and higher sensitivity than the gas sensor without using the carbon nanotubes.

도 8b를 참조하면, 탄소나노튜브를 사용하지 않은 가스센서에 비해 탄소나노튜브를 사용한 가스센서와 탄소나노튜브 및 홀을 사용한 가스센서가 정전용량의 변화율을 높음을 알 수 있다. 따라서, 탄소나노튜브를 사용하거나, 탄소나노튜브 및 홀을 사용한 가스센서는 가스 농도를 더욱 정확하게 측정할 수 있다. Referring to FIG. 8B, it can be seen that a gas sensor using carbon nanotubes and a gas sensor using carbon nanotubes and holes have a higher rate of change in capacitance than a gas sensor not using carbon nanotubes. Therefore, a gas sensor using carbon nanotubes or using carbon nanotubes and holes can more accurately measure the gas concentration.

이상에서와 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정 한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. As described above, optimal embodiments have been disclosed in the drawings and the specification. Although specific terms have been used herein, they are used only for the purpose of describing the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention as defined in the claims or the claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 간단한 설명이 제공된다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS In order to better understand the drawings cited in the detailed description of the invention, a brief description of each drawing is provided.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식 가스센서의 전극의 형태를 나타내는 도. 1 is a view showing the shape of the electrode of the capacitive gas sensor according to an embodiment of the present invention.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식 가스센서를 나타내는 도. Figure 2a is a view showing a capacitive gas sensor according to an embodiment of the present invention.

도 2b는 도 2a의 정전용량 방식 가스센서의 동작 원리를 나타내는 도. Figure 2b is a view showing the operating principle of the capacitive gas sensor of Figure 2a.

도 3a는 복수개의 홀들이 형성된 전극을 나타내는 도. 3A illustrates an electrode in which a plurality of holes are formed.

도 3b는 도 3a의 확대도이다. 3B is an enlarged view of FIG. 3A.

도 4a는 제1 전극에 복수개의 홀들이 형성된 가스센서의 부분 단면도. 4A is a partial cross-sectional view of a gas sensor in which a plurality of holes are formed in a first electrode;

도 4b는 제1 전극 및 제2 전극에 복수개의 홀들이 형성된 가스센서의 부분 단면도. 4B is a partial cross-sectional view of a gas sensor in which a plurality of holes are formed in a first electrode and a second electrode;

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스센서를 나타내는 도. 5 is a view showing a gas sensor according to another embodiment of the present invention.

도 6a는 제1 전극에 복수개의 홀들이 형성된 가스센서의 부분 단면도. 6A is a partial cross-sectional view of a gas sensor in which a plurality of holes are formed in a first electrode;

도 6b는 제1 전극 및 제2 전극에 복수개의 홀들이 형성된 가스센서의 부분 단면도. 6B is a partial cross-sectional view of a gas sensor in which a plurality of holes are formed in a first electrode and a second electrode.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 정전용량 방식 가스센서를 나타내는 도. 7 is a view showing a capacitive gas sensor according to another embodiment of the present invention.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 방식 가스센서의 성능 을 나타내는 도. 8a and 8b is a view showing the performance of the capacitive gas sensor according to an embodiment of the present invention.

Claims (15)

상면에 복수개의 나노튜브들이 성장된 제1 전극; A first electrode having a plurality of nanotubes grown on an upper surface thereof; 상기 제1 전극에 대향하여 상기 복수개의 나노튜브들과 접촉되지 않게 설치되는 제2 전극; 및 A second electrode disposed to be in contact with the plurality of nanotubes so as to face the first electrode; And 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구조를 지지하기 위해 설치되는 부도체의 스페이서들을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량 방식 가스센서. Capacitive gas sensor comprising a spacer of the non-conductor is installed to support the structure between the first electrode and the second electrode. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극은, The method of claim 1, wherein the first electrode, 복수개의 홀들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전용량 방식 가스센서. A capacitive gas sensor, characterized in that a plurality of holes are formed. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 전극은, The method of claim 1 or 2, wherein the second electrode, 복수개의 홀들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전용량 방식 가스센서. A capacitive gas sensor, characterized in that a plurality of holes are formed. 제1항에 있어서, 상기 나노튜브는, The method of claim 1, wherein the nanotubes, 탄소나노튜브 또는 나노선인 것을 특징으로 하는 정전용량 방식 가스센서. Capacitive gas sensor, characterized in that the carbon nanotubes or nanowires. 제1항에 있어서, 상기 나노튜브는, The method of claim 1, wherein the nanotubes, 바늘형상으로 상기 제1 전극에 대하여 수직성장된 것을 특징으로 하는 정전용량 방식 가스센서. A capacitive gas sensor, characterized in that it is grown vertically with respect to the first electrode in the shape of a needle. 제1항에 있어서, 상기 나노튜브는, The method of claim 1, wherein the nanotubes, 소수성 처리 또는 친수성 처리가 된 것을 특징으로 하는 정전용량 방식 가스센서. Capacitive gas sensor characterized in that the hydrophobic treatment or hydrophilic treatment. 상면에 복수개의 나노튜브들이 성장된 제1 전극; A first electrode having a plurality of nanotubes grown on an upper surface thereof; 상기 제1 전극에 대향하게 설치되고, 상기 제1 전극에 대향하는 면에 복수개의 나노튜브들이 성장되고, 상기 복수개의 나노튜브들이 상기 제1 전극의 복수개의 나노튜브들과 접촉되지 않게 설치되는 제2 전극; 및 A plurality of nanotubes disposed on the surface of the first electrode, the plurality of nanotubes growing on the surface opposite to the first electrode, and the plurality of nanotubes not installed in contact with the plurality of nanotubes of the first electrode; 2 electrodes; And 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구조를 지지하기 위해 설치되는 부도체의 스페이서들을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량 방식 가스센서. Capacitive gas sensor comprising a spacer of the non-conductor is installed to support the structure between the first electrode and the second electrode. 제7항에 있어서, 상기 제1 전극은, The method of claim 7, wherein the first electrode, 복수개의 홀들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전용량 방식 가스센서. A capacitive gas sensor, characterized in that a plurality of holes are formed. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 제2 전극은, The method of claim 7 or 8, wherein the second electrode, 복수개의 홀들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전용량 방식 가스센 서. A capacitive gas sensor, characterized in that a plurality of holes are formed. 제7항에 있어서, 상기 나노튜브는, The method of claim 7, wherein the nanotubes, 탄소나노튜브 또는 나노선인 것을 특징으로 하는 정전용량 방식 가스센서. Capacitive gas sensor, characterized in that the carbon nanotubes or nanowires. 제7항에 있어서, 상기 나노튜브는, The method of claim 7, wherein the nanotubes, 바늘형상으로 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 각각에 대하여 수직성장된 것을 특징으로 하는 정전용량 방식 가스센서. Capacitive gas sensor characterized in that the vertical growth with respect to each of the first electrode and the second electrode in the shape of a needle. 제7항에 있어서, 상기 나노튜브는, The method of claim 7, wherein the nanotubes, 소수성 처리 또는 친수성 처리가 된 것을 특징으로 하는 정전용량 방식 가스센서. Capacitive gas sensor characterized in that the hydrophobic treatment or hydrophilic treatment. 제1 전극; A first electrode; 상기 제1 전극에 대향하게 설치되는 제2 전극; 및 A second electrode provided to face the first electrode; And 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구조를 지지하기 위해 설치되는 부도체의 스페이서들을 포함하는 것을 특징으로 하는 정전용량 방식 가스센서. Capacitive gas sensor comprising a spacer of the non-conductor is installed to support the structure between the first electrode and the second electrode. 제13항에 있어서, 상기 제1 전극은, The method of claim 13, wherein the first electrode, 복수개의 홀들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전용량 방식 가스센 서. A capacitive gas sensor, characterized in that a plurality of holes are formed. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 제2 전극은, The method of claim 13 or 14, wherein the second electrode, 복수개의 홀들이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전용량 방식 가스센서. A capacitive gas sensor, characterized in that a plurality of holes are formed.
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