KR20120124673A - Porous zinc stannate nanofibers, fabrication method for the same, and gas sensors using the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A porosity zinc stannate nanofiber and a method for fabricating the same are provided to control the concentration of polymers and zinc stannate precursor and to be applied to a gas sensor. CONSTITUTION: A zinc stannate(Zn_2SnO_4) nanofiber contains one or more nanoparticles extended in a longitudinal directioin and has a porous structure. The porous structure has one or more micropores with a size of 2-20 nm. The nanoparticle has a diameter of 2-50 nm and a length of 2-500 nm. A gas sensor contains the porous zinc stannate(Zn_2SnO_4) nanofiber as a sensing material. A method for fabricating the nanofiber comprises: a step of mixing zinc stannate precursor, polymers, and solvent to prepare a mixture solution(S10); a step of spinning the mixture solution to fabricate zinc stannate precursor/polymer composite fiber(S11); and a step of crystallizing the precursors of the composite fiber through thermal treatment. [Reference numerals] (S10) Preparing solution containing zinc stannate precursor dissolved in solvent; (S11) Preparing spinning solution by dissolving polymers in the zinc stannate precursor solution; (S20) Spinning the precursor solution and preparing composite fiber containing phase-separated zinc stannate precursor and polymers; (S30) Preparing porous zinc stannate precursor nanofiber by thermal treatment of the composite fiber

Description

다공성 주석산아연 나노섬유, 그 제조 방법 및 이를 이용한 가스센서{Porous zinc stannate nanofibers, fabrication method for the same, and gas sensors using the same}Porous zinc stannate nanofibers, fabrication method for the same, and gas sensors using the same

본 발명은 다공성 주석산아연 나노섬유, 그 제조 방법 및 이를 이용한 가스센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주석산아연 전구체와 고분자의 농도를 조절함으로서 그 직경을 조절할 수 있으며, 주석산아연 전구체와 고분자간의 상분리 현상을 이용하여 나노섬유의 길이방향으로 연신된 기공과 입자를 포함하는 나노섬유를 제공한다. 특히 빠른 기체 및 전해질의 확산이 가능하여 태양전지용 광전극 또는 이차전지용 전극활물질에 응용될 수 있으며, 특정 가스에 대한 높은 선택성과 큰 비표면적을 가짐으로 인해 감도가 우수한 가스센서에 적용될 수 있는 다공성 주석산아연 나노섬유, 그 제조 방법 및 이를 이용한 가스센서에 관한 것이다.The present invention relates to a porous zinc stannate nanofibers, a method of manufacturing the same and a gas sensor using the same, and more particularly, by adjusting the concentration of the zinc stannate precursor and the polymer can be adjusted in diameter, phase separation phenomenon between the zinc stannate precursor and the polymer. Using Including pores and particles elongated in the longitudinal direction of the nanofiber Provide nanofibers. In particular, it is possible to rapidly diffuse gases and electrolytes, which can be applied to photovoltaic electrodes for solar cells or electrode active materials for secondary batteries. Zinc nanofibers, a method of manufacturing the same and a gas sensor using the same.

주석산아연 (Zinc Stannate, Zn2SnO4)은 n형 반도체 산화물로서, 높은 전자전도도(~104 S/cm)와 우수한 광학적 및 내화학성 특성을 가지고 있어 차세대 투명 전극용 소재 및 전기 화학 소자용 재료로 주목을 받고 있다.(D. L. Young, et. al., J. Appl. Phys. (2002) 91, 1464; M. K. Jayaraj, et. al., J. Vac. Sci. Technol. B, (2008) 26, 495) 주석산아연은 표면적/부피 비율이 큰 나노입자 또는 1차원 형상의 나노 구조체로 제조되어, 자외선 검출기(Y. Zhang, et. al, J. Mater, Chem, 2010, 20, 9858), 광촉매 (M. A. Alpuche-Aviles, et. al., JACS), 염료감응 태양전지(B. Tan, et. al., JACS), 가스 센서 (Z. Lu, et. al., Mater. Chem, Phys. 2005, 92, 5) 및 리튬 이온 이차 전지(A. Rong, et. al., J. Phys. Chem. B, 2006, 110, 14754) 등에 널리 응용되고 있다. 주석산아연 나노 구조체를 제조하기 위해 종래에는 화학기상증착법 (Chemical Vapor Deposition) 또는 수열 합성법 등의 공정들이 도입되고 있다. 그러나 상기의 합성법들은 3 성분계를 갖는 주석산아연 제조시에 재현성이 떨어지고, 특히 대면적 공정에 제약이 따른다. 따라서 대면적 제조가 용이하고, 빠른 생산수율을 가지며, 높은 기공율 및 순도가 높은 1차원 형태의 주석산아연 나노 구조체를 제조하는 기술이 요구된다.Zinc stannate (Zinc Stannate, Zn 2 SnO 4 ) is an n-type semiconductor oxide, and has high electron conductivity (~ 10 4 S / cm) and excellent optical and chemical resistance properties, making it the next-generation transparent electrode material and electrochemical device material. (DL Young, et. Al., J. Appl. Phys. (2002) 91, 1464; MK Jayaraj, et. Al., J. Vac. Sci. Technol. B, (2008) 26 Zinc stannate is prepared from nanoparticles with large surface area / volume ratios or nanostructures of one-dimensional shape, and thus is characterized by an ultraviolet detector (Y. Zhang, et. Al, J. Mater, Chem, 2010, 20, 9858), a photocatalyst. (MA Alpuche-Aviles, et. Al., JACS), dye-sensitized solar cells (B. Tan, et. Al., JACS), gas sensors (Z. Lu, et. Al., Mater. Chem, Phys. 2005 , 92, 5) and lithium ion secondary batteries (A. Rong, et. Al., J. Phys. Chem. B, 2006, 110, 14754). In order to manufacture zinc stannate nanostructures, processes such as chemical vapor deposition or hydrothermal synthesis have been introduced. However, the above synthesis methods are inferior in reproducibility in the production of zinc stannate having a three-component system, and are particularly limited in large area processes. Therefore, there is a need for a technique for preparing a large-area zinc stannate nanostructure having a large area, easy production, high yield, and high porosity and high purity.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서,SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems,

첫째, 주석염, 아연염과 같은 전구체와 고분자를 용매에 녹인 용액을 전기방사하여 나노미터 크기의 직경을 갖는 주석산아연 나노섬유의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.First, an object of the present invention is to provide a method for producing zinc stannate nanofibers having a diameter of nanometer size by electrospinning a solution of a precursor salt such as tin salt and zinc salt and a polymer in a solvent.

둘째, 전기방사 후 얻어지는 주석산아연 전구체를 포함하는 고분자 복합 섬유에서 전구체와 고분자간의 상분리 현상을 이용, 나노섬유의 길이방향으로 연신된 기공과 입자를 포함하는 다공성 구조를 갖는 주석산아연 나노섬유의 제조 방법을 제공하고,Second, in the polymer composite fiber comprising a zinc stannate precursor obtained after electrospinning, a method of producing zinc stannate nanofibers having a porous structure including pores and particles stretched in the longitudinal direction of the nanofibers by using a phase separation phenomenon between the precursor and the polymer. To provide,

셋째, 다공성 주석산아연 나노섬유를 이용하여 초고감도 가스센서를 제조하는데 그 목적이 있다.Third, the purpose is to produce an ultra-high sensitivity gas sensor using porous zinc stannate nanofibers.

본 발명에 따른 주석산아연 나노섬유를 제조하기 위하여 아연염, 주석염을 포함하는 주석산아연 전구체를 이용하고, 상기 전구체와 상분리 되는 특성을 갖는 고분자가 용매에 녹아있는 전구체-고분자 혼합 용액을 이용하여 전기방사를 진행한다. 상기 명시된, 아연염, 주석염 전구체는 용매가 제거되었을 시 고분자와 섞이지 않고 상분리 되는 것을 특징으로 한다. 따라서 상기 전기 방사용 전구체가 녹아있는 고분자 혼합용액으로 방사되어 얻어진 나노섬유는 아연염, 주석염과 고분자가 상분리된 미세구조를 갖게 된다. 또한, 전기방사 후에 얻어진 주석산아연 전구체/고분자 복합 섬유를 열처리하여, 고분자를 제거시키고, 아연염과 주석염이 2:1의 화학양론비를 갖는 주석산아연 (Zn2SnO4) 나노섬유를 형성하게 된다. 이하, 다공성 주석산아연 나노섬유의 제조 방법을 각 단계별로 상세히 설명한다. 본 발명에서 사용한 주석산아연 전구체로는 초산 아연, 초산 주석을 사용하였고, 고분자로는 초산비닐수지(PVAc)를 사용하였으며, 용매는 DMF (dimethylformamide)를 사용하였으나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다. In order to prepare zinc stannate nanofibers according to the present invention, a zinc stannate precursor including zinc salt and tin salt is used, and a precursor-polymer mixed solution in which a polymer having a phase separation characteristic from the precursor is dissolved in a solvent is used. Proceed with spinning. As stated above, the zinc salt and tin salt precursors are characterized by phase separation without mixing with the polymer when the solvent is removed. Therefore, the nanofibers obtained by spinning with the polymer mixed solution in which the electrospinning precursor is dissolved have a microstructure in which zinc salt, tin salt and polymer are phase separated. In addition, the zinc stannate precursor / polymer composite fiber obtained after electrospinning is heat-treated to remove the polymer, and zinc salt and tin salt form zinc stannate (Zn 2 SnO 4 ) nanofibers having a stoichiometric ratio of 2: 1. do. Hereinafter, the method for producing the porous zinc stannate nanofibers will be described in detail for each step. Zinc acetate and tin acetate were used as the zinc stannate precursor used in the present invention, vinyl acetate resin (PVAc) was used as the polymer, and DMF (dimethylformamide) was used as the solvent, but the scope of the present invention is not limited thereto. .

본 발명에 따른 주석산아연 나노섬유 제조방법은 주석산아연 전구체와 고분자의 농도를 조절함으로서 그 직경을 조절할 수 있으며, 주석산아연 전구체와 고분자간의 상분리 현상을 이용하여 나노섬유의 길이방향으로 연신된 기공과 입자를 포함하는 나노섬유를 제공한다. 특히 빠른 기체 및 전해질의 확산이 가능하여 태양전지용 광전극 또는 이차전지용 전극활물질에 응용될 수 있으며, 특정 가스에 대한 높은 선택성과 큰 비표면적을 가짐으로 인해 감도가 우수한 가스센서에 적용될 수 있다.The zinc stannate nanofiber manufacturing method according to the present invention can control the diameter by adjusting the concentration of the zinc stannate precursor and the polymer, by using the phase separation phenomenon between the zinc stannate precursor and the polymer. Including pores and particles elongated in the longitudinal direction of the nanofiber Provide nanofibers. In particular, it is possible to rapidly diffuse the gas and electrolyte can be applied to photovoltaic electrodes for solar cells or electrode active materials for secondary batteries, it can be applied to a gas sensor with excellent sensitivity due to the high selectivity for a particular gas and a large specific surface area.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다공성 주석산아연 나노섬유의 제조 방법을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 도 1의 주석산아연 전구체와 고분자가 상분리된 복합 나노섬유 및 다공성 주석산아연 나노섬유의 형성 과정에 대한 각 단계들을 개략적으로 명시한 도면이다.
도 3은 실시예 1 에 따라 제조된 복합 나노섬유의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope) 사진이다.
도 4는 실시예 1 에 따라 제조된 주석산아연 나노섬유의 주사전자현미경 사진이다.
도 5는 도 4의 확대된 주사전자현미경 사진이다.
도 6은 도 5의 주석산아연 나노섬유의 단면을 나타내는 주사전자현미경 사진이다.
도 7은 도 4의 주사 투과전자현미경(Scanning Transmission Electron Microscope) 사진이다.
도 8은 도 7을 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope)으로 관찰한 사진이며, 섬유의 수직 방향으로 특정 선영역을 에너지 분산 스펙트럼(Energy Dispersive Spectrum)을 이용해 원소 분석한 결과를 사진 위에 나타낸 도표이다.
도 9는 실시예 1에 따라 열처리된 주석산아연 나노섬유의 X-선 회절 결과를 나타낸 도면이다.
도 10은 실시예 2에 따라 제조된 가스센서의 콘포칼(confocal) 현미경 사진이다.
도 11은 도 10의 센서에서 주석산아연 나노섬유가 코팅된 부분을 확대하여 관찰된 주사전자현미경 사진이다.
도 12는 실시예 2에서 제조된 다공성 주석산아연 나노섬유 가스센서의 에탄올 가스(1~100 ppm)에 대한 저항 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 13은 실시예 2에서 제조된 다공성 주석산아연 나노섬유 가스센서의 에탄올 가스에 대한 높은 선택성을 나타내는 그래프이다.
도 14는 비교예 1에서 제조된 치밀한 주석산아연 나노섬유의 주사전자현미경 사진이다.
도 15는 실시예 1에서 얻어진 다공성 주석산아연 나노섬유와 비교예 1에서 얻어진 치밀한 주석산아연 나노섬유의 N2 흡착-탈착 반응으로부터 얻어진 기공 분포를 나타내는 그래프이다.
1 is a flow chart schematically showing a method for producing a porous zinc stannate nanofiber according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view schematically illustrating the steps of the formation process of the composite nanofibers and the porous zinc stannate nanofibers in which the zinc stannate precursor and the polymer of FIG. 1 are phase separated.
Figure 3 is a scanning electron microscope (Scanning Electron Microscope) photograph of the composite nanofiber prepared according to Example 1.
4 is a scanning electron micrograph of the zinc stannate nanofibers prepared according to Example 1;
FIG. 5 is an enlarged scanning electron micrograph of FIG. 4.
6 is a scanning electron micrograph showing a cross section of the zinc stannate nanofiber of FIG. 5.
FIG. 7 is a scanning transmission electron microscope image of FIG. 4. FIG.
FIG. 8 is a photograph of FIG. 7 observed using a transmission electron microscope, and is a diagram showing the result of elemental analysis of a specific line region in the vertical direction of the fiber using an energy dispersive spectrum.
Figure 9 is a view showing the X-ray diffraction results of the zinc stannate nanofibers heat treated according to Example 1.
FIG. 10 is a confocal micrograph of a gas sensor manufactured according to Example 2. FIG.
FIG. 11 is a scanning electron microscope photograph of an enlarged portion of the zinc stannate nanofiber coated in the sensor of FIG. 10.
12 is a graph showing a result of measuring a change in resistance to ethanol gas (1 to 100 ppm) of the porous zinc stannate nanofiber gas sensor manufactured in Example 2. FIG.
FIG. 13 is a graph showing high selectivity for ethanol gas of the porous zinc stannate nanofiber gas sensor prepared in Example 2. FIG.
14 is a scanning electron micrograph of the dense zinc stannate nanofibers prepared in Comparative Example 1.
FIG. 15 is a graph showing pore distributions obtained from N 2 adsorption-desorption reactions of the porous zinc stannate nanofibers obtained in Example 1 and the dense zinc stannate nanofibers obtained in Comparative Example 1. FIG.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

다르게 정의하지 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Although not defined otherwise, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Commonly used predefined terms are further interpreted as having a meaning consistent with the relevant technical literature and the present disclosure, and are not to be construed as ideal or very formal meanings unless defined otherwise.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 “포함하는”의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to limit the invention. As used herein, the singular forms “a,” “an,” and “the” include plural forms as well, unless the phrases clearly indicate the opposite. As used in the specification, the meaning of “comprising” embodies a particular characteristic, region, integer, step, operation, element and / or component, and the presence of another characteristic, region, integer, step, operation, element and / or component or It does not exclude the addition.

명세서에 기재된 “나노”라는 용어는 나노 스케일을 의미하며, 마이크로 단위를 포함할 수도 있다. 또한, 명세서에 기재된 “나노 입자”라는 용어는 입자 형태를 가지는 나노 스케일의 객체를 의미하며, 입자 형태는 특정한 형상에 한정되지 않고 다양하게 변형될 수 있다. The term “nano” described in the specification means nanoscale and may include micro units. In addition, the term "nanoparticle" described in the specification means a nano-scale object having a particle shape, the particle shape is not limited to a specific shape may be variously modified.

도 1은 본 발명의 실험예에 따른 나노섬유 복합체의 제조 방법을 순서에 따라 개략적으로 나타낸 모식도이나, 도 1의 나노섬유 복합체의 제조 방법은 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 따라서 나노섬유 복합체의 제조 방법을 다른 형태로도 변형할 수 있다.Figure 1 is a schematic diagram schematically showing a method of manufacturing a nanofiber composite according to the experimental example of the present invention, but the method of manufacturing a nanofiber composite of Figure 1 is merely to illustrate the present invention, the present invention is It is not limited. Therefore, the manufacturing method of the nanofiber composite can be modified into other forms.

도 1에 도시한 바와 같이, 다공성 주석산아연 나노섬유 제조 방법은, i) 주석산아연 전구체(아연염, 주석염)를 용매에 녹인 용액을 제조하는 단계(S10), 주석산아연 전구체 용액에 고분자를 녹여 전기 방사용 용액을 제조하는 단계(S11), ii) 전구체 용액을 방사하여 주석산아연 전구체와 고분자가 상분리된 복합체 섬유를 제조하는 단계(S20), iii) 복합체 섬유를 열처리하여 다공성 주석산아연 나노섬유를 제조하는 단계(S30)를 포함한다. 이외에, 다공성 주석산아연 나노섬유의 제조 방법은 다른 단계들을 더 포함할 수 있는데, 이하 도 1에 따른 본 발명에 따른 나노섬유 제조방법의 단계를 이하 설명한다. As shown in Figure 1, the porous zinc stannate nanofiber manufacturing method, i) preparing a solution in which a zinc stannate precursor (zinc salt, tin salt) is dissolved in a solvent (S10), by dissolving the polymer in the zinc stannate precursor solution Preparing a solution for electrospinning (S11), ii) spinning the precursor solution to prepare a composite fiber in which the zinc stannate precursor and the polymer are phase separated (S20), and iii) heat treating the composite fiber to obtain porous zinc stannate nanofibers. It includes the step of manufacturing (S30). In addition, the method for producing the porous zinc stannate nanofibers may further include other steps, hereinafter, the steps of the method for producing a nanofiber according to the present invention according to FIG.

먼저, 단계 (S10)에서는 혼합 용액을 제조한다. 여기에서 상기 혼합 용액은 주석 전구체 및 아연 전구체로 이루어진 주석산아연 전구체와 용매를 포함한다. 여기서, 용매는 물, 에탄올, 클로로포름(chloroform), N,N'-디메틸포름알데히드(N,N'-dimethylformamide), 디메틸술폭사이드(dimethylsulfoxide), N,N'-디메틸아세트아미드(N,N'-dimethylacetamide), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone)과 같은 상용성 용매를 사용할 수 있으며, 주석산아연 전구체와 고분자를 동시에 용해시킬 수 있어야 한다.First, in step (S10) to prepare a mixed solution. Wherein the mixed solution comprises a zinc stannate precursor consisting of a tin precursor and a zinc precursor and a solvent. Here, the solvent is water, ethanol, chloroform, N, N'-dimethylformaldehyde (N, N'-dimethylformamide), dimethylsulfoxide, N, N'-dimethylacetamide (N, N ' Compatible solvents such as -dimethylacetamide) and N-methylpyrrolidone may be used, and the zinc stannate precursor and the polymer should be dissolved simultaneously.

상기 주석산아연 전구체는 초산아연, 초산주석 등과 같은 아연염-함유 물질 또는 주석염-함유 물질을 사용할 수 있으며, 아연 또는 주석과 이온결합 또는 공유 결합되어 있는 음이온 물질의 종류에는 제한이 없다. 단계(S10)에서 얻어지는 전기 방사 용액의 주석 전구체 및 아연 전구체인 초산주석, 초산아연은 이후 전기방사를 통해 얻어진 (초산주석, 초산아연)/초산비닐수지 복합체 섬유의 안쪽에 위치한다. 또한, 상기 주석 전구체 및 아연 전구체의 양은 용액의 5 wt% 내지 30 wt% 일 수 있다. 만약 상기 전구체의 아연염, 주석염 농도가 너무 높거나 낮은 경우 다공성 주석산아연 나노섬유 형상이 잘 이루어지지 않는데, 농도가 너무 낮은 경우 섬유가 최종 열처리 단계에서 끊어지게 되고, 농도가 너무 높은 경우 원활한 전기방사가 이루어지지 않게 된다 The zinc stannate precursor may use a zinc salt-containing material or tin salt-containing material such as zinc acetate, tin acetate, and the like, and there is no limitation on the type of anionic material that is ionically or covalently bonded with zinc or tin. The tin and zinc precursors of the electrospinning solution obtained in step S10 and tin acetate and zinc acetate are then located inside the (tin acetate, zinc acetate) / vinyl acetate resin composite fiber obtained through electrospinning. In addition, the amount of the tin precursor and the zinc precursor may be 5 wt% to 30 wt% of the solution. If the zinc salt or tin salt concentration of the precursor is too high or low, the porous zinc stannate nanofibers are not well formed. If the concentration is too low, the fibers are broken in the final heat treatment step, and if the concentration is too high, the smooth electrical No radiation

단계(S11)에서는 용매에 용해됨과 동시에 용매 휘발시 아연염, 주석염과 상분리 되는 고분자를 녹여 전기 방사용 용액을 제조한다.In step (S11) while dissolving in the solvent and at the same time to dissolve the polymer phase is separated from zinc salt, tin salt when the solvent volatilized to prepare an electrospinning solution.

상기 고분자로서 상기 혼합 용액에서 주석산아연 전구체와 상분리되는 종이 사용될 수 있으며, 용매에 녹는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지를 상기 고분자로 사용할 수 있다. 예를 들면 고분자로서 폴리우레탄 공중합체, 셀룰로오스 유도체 또는 기타 고분자를 사용할 수 있다. 폴리우레탄 공중합체로는 폴리우레탄 또는 폴리에테르 우레탄 등을 사용할 수 있다. 셀룰로오스 유도체로는 셀룰로오소 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트 등을 사용할 수 있다. 기타 고분자로는 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리메틸아크릴레이트(PMA), 폴리아크릴 공중합체, 폴리비닐아세테이트 공중합체, 폴리퍼퓨릴알콜(PPFA), 폴리비닐 아세테이트(PVAc), 폴리스티렌(PS), 폴리스티렌 공중합체, 폴리프로필렌옥사이드 공중합체, 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리카프로락톤, 폴리비닐풀루오라이드, 폴리비닐리덴풀루오라이드 공중합체 또는 폴리아마이드, 폴리에테르이미드 등을 사용할 수 있다. As the polymer, a species which is phase-separated from the zinc stannate precursor in the mixed solution may be used, and a thermoplastic resin or a thermosetting resin soluble in a solvent may be used as the polymer. For example, a polyurethane copolymer, a cellulose derivative or other polymer may be used as the polymer. Polyurethane or a polyether urethane etc. can be used as a polyurethane copolymer. Examples of the cellulose derivatives include cellulose acetate, cellulose acetate propionate, and the like. Other polymers include polymethyl methacrylate (PMMA), polymethyl acrylate (PMA), polyacrylic copolymer, polyvinylacetate copolymer, polyperfuryl alcohol (PPFA), polyvinyl acetate (PVAc), polystyrene (PS) ), Polystyrene copolymer, polypropylene oxide copolymer, polycarbonate (PC), polyvinyl chloride (PVC), polycaprolactone, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride copolymer or polyamide, polyetherimide Etc. can be used.

단계(S11)에서 고분자의 양은 용액의 8 wt% 내지 20 wt%일 수 있는데, 만약 고분자의 양이 너무 적거나 많은 경우, 용액이 전기 방사에 적합한 점도를 가지지 못한다.The amount of polymer in step S11 may be from 8 wt% to 20 wt% of the solution. If the amount of polymer is too small or too large, the solution does not have a viscosity suitable for electrospinning.

다음으로, 단계(S20)에서는 전구체 용액을 방사한다. 방사는 전기방사(electrospinning), 플레쉬 방사(flash spinning) 또는 정전멜트 블로운법 (electrostatic melt-blown) 등을 사용할 수 있다. 여기서, 방사 과정은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있으므로, 그 상세한 설명을 생략한다.Next, in step S20 to spin the precursor solution. The spinning may use electrospinning, flash spinning or electrostatic melt-blown. Here, the spinning process can be easily understood by those skilled in the art, the detailed description thereof will be omitted.

단계(S20)에서 상기 고분자는 방사용 용액에 점성을 부여하여, 원활한 방사를 가능하게 하며, 열처리 후 열분해 되어 다공성 구조를 가질 수 있도록 한다. In the step (S20), the polymer gives a viscosity to the spinning solution, to enable smooth spinning, and thermally decomposed after the heat treatment to have a porous structure.

단계(S20)에서, 전구체 용액을 전기 방사 방식으로 방사하는 경우, 전구체 용액을 실린지 펌프(syringe pump)에 채운 후, 일정한 속도로 서서히 분출시키며, 분출되는 전구체 용액을 전기 방사시킨다. 전기 방사처리 과정 중 전구체 용액 내부에서는 용매 증발로 인해 졸-겔 반응이 이루어진다. 그 결과, 고체 형태의 고분자 섬유가 얻어지는데, 이와 동시에 상분리 특성으로 인하여 상기 고분자 섬유의 안쪽은 주석산아연 전구체가 많은 부분과 고분자가 많은 부분이 서로 분리된 구조를 가지게 된다. 또한, 주석산아연 전구체는 용매가 증발하게 됨에 따라 가느다란 미세 섬유로 연신, 즉, 늘어나며, 고분자와는 상분리 된다. 만약, 상기 고분자가 주석산아연 전구체와 착화합물 또는 화학 결합을 형성하게 되면 전기 방사로부터 얻은 복합 섬유 내부가 주석산아연 전구체가 많은 부분과 고분자가 많은 부분으로 상분리되지 않으며, 균일한 혼합물을 형성하게 된다. 따라서 본 발명과 같이 다공성 구조의 나노섬유를 만들기 위해서는 주석산아연 전구체와 고분자간에는 서로 착화합물 또는 화학 결합을 형성하지 않는 종들로 선택하여야 한다. In step S20, when the precursor solution is spun by electrospinning, the precursor solution is filled into a syringe pump, and then spouted at a constant speed, and the sputtered precursor solution is electrospun. During the electrospinning process, the sol-gel reaction occurs due to evaporation of the solvent inside the precursor solution. As a result, a polymer fiber in a solid form is obtained, and at the same time, due to the phase separation property, the inside of the polymer fiber has a structure in which a portion of the zinc stannate precursor and a portion of the polymer are separated from each other. In addition, the zinc stannate precursor is elongated into thin fine fibers as the solvent evaporates, that is, stretched and phase separated from the polymer. If the polymer forms a complex compound or chemical bond with the zinc stannate precursor, the composite fiber obtained from electrospinning does not phase separate into a portion containing a large amount of zinc stannate precursor and a portion containing a large amount of polymer, thereby forming a uniform mixture. Therefore, in order to make nanofibers having a porous structure as in the present invention, the zinc stannate precursor and the polymer should be selected from species that do not form a complex or chemical bond with each other.

마지막으로, 단계(S30)에서는 제조된 복합체 나노 섬유를 열처리한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리 단계는 크게 두 단계로 구분할 수 있다. 먼저 첫 번째 열처리 단계는 150 ℃ 내지 200 ℃에서 이루어지며, 첫 번째 열처리는, 복합체 섬유의 고분자를 산소와 반응시켜 가교시킴으로써, 고온에서도 그 형상을 유지시키기 위함이다. 두 번째 열처리 단계는 200 ℃ ~ 900 ℃에서 이루어질 수 있다. 여기서, 복합체 섬유내의 상분리된 고분자는 열분해 되고 주석산아연 전구체는 모양 그대로 산화되어, 다공성의 주석산아연 나노 섬유를 형성하게 된다. 상기 두 번째 열처리는 상술한 바와 같이 200 ~ 900 ℃의 온도 범위에서 진행되는데, 만약 복합 섬유의 열처리 온도가 너무 낮은 경우, 고분자가 분해되지 않고, 주석산아연 전구체는 결정화가 잘 이루어지지 않는다. 반대로, 복합 섬유의 열처리 온도가 너무 높은 경우, 섬유의 형태가 유지되지 않거나, 원치 않는 결정상이 형성될 수 있다. 고분자의 원활한 제거를 위하여 400 ℃ 이상의 온도에서 열처리 되는 것이 바람직하며, 단일상의 주석산아연 결정구조를 가지는 나노섬유를 제조하기 위하여 더욱 바람직하게는 600 ℃ 이상의 온도에서 열처리를 진행한다. 열처리 후에는 주석산아연 전구체와 고분자 간의 상분리 현상에 기인하여 나노섬유의 길이방향으로 연신된 기공과 입자를 포함하는 결정질 주석산아연 나노섬유가 제조된다. Finally, in step S30, the manufactured composite nanofibers are heat treated. Heat treatment step according to an embodiment of the present invention can be largely divided into two steps. First, the first heat treatment step is performed at 150 ℃ to 200 ℃, the first heat treatment is to maintain the shape even at high temperature by reacting and crosslinking the polymer of the composite fiber with oxygen. The second heat treatment step may be performed at 200 ° C to 900 ° C. Here, the phase-separated polymer in the composite fiber is thermally decomposed and the zinc stannate precursor is oxidized in shape to form porous zinc stannate nanofibers. As described above, the second heat treatment proceeds in a temperature range of 200 to 900 ° C., if the heat treatment temperature of the composite fiber is too low, the polymer is not decomposed and the zinc stannate precursor is not crystallized well. Conversely, if the heat treatment temperature of the composite fiber is too high, the shape of the fiber may not be maintained or unwanted crystal phases may be formed. In order to remove the polymer smoothly, the heat treatment is preferably performed at a temperature of 400 ° C. or higher. More preferably, the heat treatment is performed at a temperature of 600 ° C. or higher to prepare a nanofiber having a single phase zinc stannate crystal structure. After the heat treatment, crystalline zinc stannate nanofibers including pores and particles elongated in the longitudinal direction of the nanofibers are prepared due to the phase separation between the zinc stannate precursor and the polymer.

본 발명은 전술한 각 단계들을 고려하여 직경이 다르고 내부의 기공 크기가 다른 주석산아연 나노섬유를 제조할 수 있다. In consideration of the above-described steps, the present invention can produce zinc stannate nanofibers having different diameters and different pore sizes.

도 2는 도 1의 주석산아연 전구체와 고분자가 상분리된 복합 나노섬유 및 다공성 주석산아연 나노섬유의 형성 과정에 대한 각 단계들을 개략적으로 나타내는 각 단계별 모식도이다.FIG. 2 is a schematic view of each step schematically showing the steps of the formation process of the composite nanofibers and the porous zinc stannate nanofibers in which the zinc stannate precursor and the polymer of phase 1 are separated.

이와 같이 본 발명은 방사 용액에 사용되는 주석산아연 전구체, 고분자 종류와 농도, 방사조건 및 열처리 조건 등에 따라 다공성 주석산아연 나노섬유의 폭을 조절할 수 있다. 그러나 나노 섬유를 전기방사 공정으로 제조하는 한, 특정 나노섬유의 폭에 제약을 두지는 않는다.As such, the present invention can control the width of the porous zinc stannate nanofibers according to the zinc stannate precursor used in the spinning solution, the type and concentration of the polymer, the spinning conditions, and the heat treatment conditions. However, as long as the nanofibers are produced by the electrospinning process, there is no restriction on the width of the particular nanofibers.

본 발명에 따라 제조된 주석산아연 나노섬유는 상술한 바와 같이 나노입자를 가지는데, 상기 나노입자는 2 nm ~ 50 nm의 직경, 2 nm ~ 500 nm의 길이의 연신된 나노입자를 필수적으로 포함하나, 2 ~ 50 nm 의 직경 크기를 갖는 연신되지 않은 구형의 나노입자 또한 포함할 수 있다. The zinc stannate nanofibers prepared according to the present invention have nanoparticles as described above, but the nanoparticles necessarily include elongated nanoparticles having a diameter of 2 nm to 50 nm and a length of 2 nm to 500 nm. It may also include unstretched spherical nanoparticles having a diameter size of 2 to 50 nm.

이하, 실시예와 비교예를 통하여 본 발명에 대해 설명한다. 하지만, 아래의 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described through Examples and Comparative Examples. However, the following examples are merely to illustrate the present invention, but the present invention is not limited thereto.

본 발명의 실시예로서 주석산아연 전구체를 포함하는 고분자 복합 섬유의 제조를 위해 초산비닐수지(PVAc, 분자량: 130만), 초산 아연, 초산 주석, dimethylformamide 용매를 이용하였다. 여기에서 초산비닐수지는 상온에서 초산 아연, 초산 주석과 착화합물 또는 화학결합을 형성하지 않는 전형적인 고분자이다.As an embodiment of the present invention, a vinyl acetate resin (PVAc, molecular weight: 1.3 million), zinc acetate, tin acetate, and dimethylformamide solvent were used to prepare a polymer composite fiber including a zinc stannate precursor. Here, vinyl acetate resin is a typical polymer that does not form a complex or chemical bond with zinc acetate and tin acetate at room temperature.

[실시예 1 : (초산 아연, 초산 주석)/초산비닐수지 복합 섬유를 이용한 다공성 주석산아연 나노섬유 제조][Example 1: Preparation of porous zinc stannate nanofibers using (zinc acetate, tin acetate) / vinyl acetate composite fiber]

먼저 초산 아연 1.756 g 을 용매인 디메틸포름아미드(dimethylformamide) 15 g 에 넣고 완전히 녹이고, 다시 초산 주석 1.42 g 을 넣고 다시 완전히 녹인다. 이렇게 준비된 용액에 초산비닐수지 1.5 g 을 넣고 잘 교반하여 녹인다.First, 1.756 g of zinc acetate is added to 15 g of dimethylformamide as a solvent, and completely dissolved. Then, 1.42 g of tin acetate is added and completely dissolved again. 1.5 g of vinyl acetate resin was added to the thus prepared solution, and the mixture was stirred and dissolved.

이렇게 준비한 전구체 용액을 20 ml 주사기에 채운 뒤 실린지 펌프(syringe pump)를 이용하여 10 ㎕/min의 토출속도로 서서히 분출시켜 전기방사(습도:20%, 가용전압:17.4 kV, 주변 온도:30 ℃)하면, 용매가 증발하면서 졸-겔 반응에 의해 고체 형태의 주석산아연 전구체를 포함하는 초산비닐수지 복합 섬유가 얻어진다. 섬유의 겉면뿐만 아니라 안쪽에서도 역시 초산 아연, 초산 주석 전구체가 용매 증발과 함께 가느다란 미세 섬유로 늘어나게 되어 초산비닐수지 섬유와 상분리 현상이 일어나, 초산 주석, 초산 아연/초산비닐수지 복합 섬유를 얻을 수 있게 된다. The prepared precursor solution was filled in a 20 ml syringe and slowly ejected at a discharge rate of 10 μl / min using a syringe pump (humidity: 20%, available voltage: 17.4 kV, ambient temperature: 30). C), a vinyl acetate resin composite fiber comprising a zinc stannate precursor in solid form is obtained by a sol-gel reaction while the solvent is evaporated. In addition to the outer surface of the fiber, zinc acetate and tin acetate precursors are also elongated into fine microfibers with evaporation of the solvent, resulting in phase separation with the vinyl acetate fiber, resulting in tin acetate and zinc acetate / vinyl acetate composite fiber. Will be.

도 3은 실시예 1에 따라 제조된 주석산아연 전구체를 포함하는 초산비닐수지 복합 나노섬유의 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 사진을 나타낸다. 복합 섬유의 전체 직경은 도 3의 내부 (inset) SEM 사진에서 보여지듯이 380 nm 내지 720 nm를 나타내었다. 연속적인 복합나노섬유가 전기방사에 의해 잘 형성되어 있음을 도 3을 통해 확인할 수 있었다. 전기방사를 통해 얻어진 주석산아연 전구체/고분자 복합 섬유를 공기 분위기에서 180 ℃에서 1시간 유지하고, 700 ℃에서 1시간 열처리 하게 되면 수백 나노미터 크기의 직경을 갖는 다공성 주석산아연 섬유를 얻을 수 있다. 이때 승온 속도는 분당 4 ℃였다.Figure 3 shows a scanning electron microscope (Scanning Electron Microscope, SEM) photograph of the vinyl acetate resin composite nanofibers containing a zinc stannate precursor prepared according to Example 1. The total diameter of the composite fiber was 380 nm to 720 nm, as shown in the inset SEM photograph of FIG. 3. It was confirmed from FIG. 3 that the continuous composite nanofibers were well formed by electrospinning. When the zinc stannate precursor / polymer composite fiber obtained through electrospinning is maintained at 180 ° C. for 1 hour in an air atmosphere, and heat treated at 700 ° C. for 1 hour, a porous zinc stannate fiber having a diameter of several hundred nanometers can be obtained. The rate of temperature rise is 4 per minute ° C.

도 4는 700 ℃에서 1시간 열처리 후에 얻어진 주석산아연 나노섬유의 주사전자 현미경 사진이다. 4 is a scanning electron micrograph of the zinc stannate nanofibers obtained after heat treatment at 700 ° C. for 1 hour.

도 4를 참조하면, 열처리 전후 전체 직경이 350 nm 내지 705 nm로 아주 약간의 수축현상이 관찰이 되었으며, 섬유는 열처리 후에도 연속적인 나노섬유 형상을 보여주었다. Referring to FIG. 4, a slight shrinkage phenomenon was observed between 350 nm and 705 nm in total diameter before and after heat treatment, and the fiber showed continuous nanofiber shape even after heat treatment.

도 5는 도 4의 확대된 주사전자 현미경 사진이다.FIG. 5 is an enlarged scanning electron micrograph of FIG. 4.

도 5를 참조하면, 고온 열처리를 통해 얻어진 주석산아연 나노섬유의 표면이 나노미터 크기의 기공을 다수 포함하는 다공성 구조로 이루어져 있음을 알 수 있다. 특히, 도 5에서 표면에 미세한 기공 구조가 관찰되며, Zn2SnO4 나노섬유를 구성하는 초기입자들이 섬유의 길이 방향으로 연신된 형태로 변형되었음을 많이 관찰할 수 있다. Referring to FIG. 5, it can be seen that the surface of the zinc stannate nanofiber obtained through high temperature heat treatment has a porous structure including a plurality of nanometer-sized pores. In particular, the fine pore structure is observed on the surface in Figure 5, it can be observed that the initial particles constituting the Zn 2 SnO 4 nanofibers are deformed in the elongated form of the fiber.

주석산아연 나노섬유의 내부 또한 미세한 기공구조 분포를 갖는 것을 명확하게 관찰하기 위하여, Focused Ion Beam 을 이용하여 나노섬유를 절단하고, 절단면을 재차 주사전자현미경으로 관찰을 하였다. 도 6은 도5의 주석산아연 나노섬유의 단면을 나타내는 주사전자 현미경 사진으로, 다공성 기공 본포를 갖는 나노섬유 속 구조를 가지고 있음을 알 수 있었다.In order to clearly observe that the inside of the zinc stannate nanofibers also have a fine pore structure distribution, the nanofibers were cut using the Focused Ion Beam, and the cut surface was again observed with a scanning electron microscope. FIG. 6 is a scanning electron micrograph showing a cross section of the zinc stannate nanofiber of FIG. 5, and it can be seen that it has a nanofiber inner structure having a porous pore main fabric.

주석산아연 나노섬유의 내부 구조를 더욱 명확하게 관찰하기 위하여, 주사 전자투과현미경을 이용하여, 나노섬유를 관찰하였다. 도 7은 도4의 주사 투과전자현미경(Scanning Transmission Electron Microscope) 사진이며, 열처리된 주석산아연 나노섬유는 다공성 속 구조를 가지고 있음을 알 수 있었다. 도 8은 도7을 투과전자현미경(Transmission Electron Microscope)으로 관찰한 사진이며, 섬유의 수직 방향으로 특정 선영역을 에너지 분산 스펙트럼(Energy Dispersive Spectrum)을 이용해 원소 분석한 결과를 사진 위에 나타내었다. 도 8에 도시한 바와 같이 주석산아연 나노 섬유는 주석 대 아연의 원소 비율이 1:2를 나타냄을 알 수 있었다.In order to more clearly observe the internal structure of the zinc stannate nanofibers, the nanofibers were observed using a scanning electron transmission microscope. 7 is a scanning transmission electron microscope (Scanning Transmission Electron Microscope) of Figure 4, it can be seen that the heat treated zinc stannate nanofibers have a porous core structure. FIG. 8 is a photograph of FIG. 7 observed using a transmission electron microscope, and the results of elemental analysis using energy dispersive spectra of a specific line region in the vertical direction of the fiber are shown on the photograph. As shown in FIG. 8, the zinc stannate nanofibers were found to have an element ratio of 1: 2 in tin to zinc.

도 9는 실시예 1 에서 제조한 열처리된 주석산아연 섬유의 X-선 회절 결과를 나타낸 도면으로 다공성 주석산아연 나노섬유의 결정 구조가 (220), (311), (222), (400), (331), (422), (551) 특성 픽을 갖는 입방 역스피넬 임을 확인할 수 있었다.9 is a view showing the X-ray diffraction results of the heat-treated zinc stannate fiber prepared in Example 1, the crystal structure of the porous zinc stannate nanofibers (220), (311), (222), (400), ( 331), (422), and (551) cubic inverse spinels with picks.

[실시예 2 : 다공성 주석산아연 나노 섬유를 이용한 가스센서 제조 및 센서 특성 평가]Example 2 Gas Sensor Fabrication Using Porous Zinc Tartrate Nanofibers and Sensor Characteristics Evaluation

실시예 1을 거쳐 제조된 미세한 기공 분포를 갖는 다공성 주석산아연 나노섬유를 이용하여 센서 소자를 제조하였다. 실시예 1에서 제조된 주석산아연 나노섬유를 바인더와 혼합하여 페이스트를 만들고, 이를 센서 전극 위에 도포한 후, 550 ℃에서 열처리하여, 가스센서를 제조하였다. The sensor device was manufactured using porous zinc stannate nanofibers having a fine pore distribution prepared in Example 1. The zinc stannate nanofibers prepared in Example 1 were mixed with a binder to form a paste, and then coated on a sensor electrode, followed by heat treatment at 550 ° C. to prepare a gas sensor.

저항의 측정을 위해 사용된 전극은 900 ㎛의 길이와 600 ㎛의 폭, 100 ㎛의 간격을 갖는 2개의 핑거(finger)로 구성된 전극을 사용하였다. 제조된 가스센서의 반응성을 확인하기 위하여 에탄올(C2H5OH) 가스의 농도를 변화시켜 가면서, 450 ℃에서 반응 전후의 저항 변화를 측정하였다. The electrode used for the measurement of resistance was an electrode consisting of two fingers having a length of 900 μm, a width of 600 μm, and a gap of 100 μm. In order to confirm the reactivity of the manufactured gas sensor, while changing the concentration of ethanol (C 2 H 5 OH) gas, the resistance change before and after the reaction at 450 ℃ was measured.

주석산아연 나노섬유 층으로 구성된 센서는 튜브로(tube furnace)내의 석영튜브(quartz tube) 내에 장착되고, Pt/Pt-Rh(type S) 열전대(thermocouple)가 주석산아연 나노섬유 박층의 다양한 가스 (H2, CO, C2H5OH)의 농도 변화에 대한 저항 변화를 측정하는 동안 온도 변화를 측량하게 된다. 가스의 유량은 MFC(Tylan UFC-1500A mass flow controller와 Tylan R0-28 controller)를 통해 조절하였다. 이때 반응은 가역적이었으며, 반응시간(response time)은 상당히 빨랐는데, 이러한 측정은 튜브로 뿐만 아니라, 발열체가 장착되어 있는 챔버(chamber) 내에서도 측정이 가능하다.The sensor, which consists of a layer of zinc stannate, is mounted in a quartz tube in a tube furnace, and a Pt / Pt-Rh (type S) thermocouple is applied to various gases (H) in the thin layer of zinc stannate. 2 , CO, C 2 H 5 OH) to measure the change in temperature while measuring the change in temperature. Gas flow rate was controlled by MFC (Tylan UFC-1500A mass flow controller and Tylan R0-28 controller). The reaction was reversible and the response time was very fast. These measurements can be made not only with tubes, but also in chambers with heating elements.

이하, 본 발명에 따른 전기 방사를 이용하여 형성한 다공성 주석산아연 나노섬유에 대한 가스센서 분석 결과를 설명한다.Hereinafter, a gas sensor analysis result of the porous zinc stannate nanofibers formed using the electrospinning according to the present invention will be described.

도 10은 실시예 2에서 제조된 주석산아연 나노섬유로 구성된 가스 센서의 콘포칼(confocal) 현미경 사진이다. 다공성 주석산아연 나노섬유를 용매와 고분자 바인더를 이용하여 페이스트 형태로 제조한 후 금 전극이 패턴된 알루미나 기판 위에 바른 후, 550 ℃에서 1시간 열처리 하여 바인더에 남아있는 유기 물질들을 태워서 제거한 후 얻어진 가스센서의 모습을 도 10에서 관찰할 수 있다.FIG. 10 is a confocal micrograph of a gas sensor composed of zinc stannate nanofibers prepared in Example 2. FIG. Gas sensor obtained by preparing porous zinc stannate nanofibers in paste form using solvent and polymer binder, applying gold electrode on patterned alumina substrate, and heat-treating at 550 ℃ for 1 hour to remove organic substances remaining in binder Can be observed in FIG. 10.

도 11은 도 10의 가스센서에서 주석산아연 나노섬유가 코팅된 일부분을 확대하여 관찰된 주사전자현미경 사진이다. 도 11에서 보여지듯이, 다공석 주석산아연 나노섬유가 서로 잘 연결되어 가스센서의 감지소재를 구성하고 있음을 알 수 있다. 개별 나노섬유는 도 6과 7에서 관찰되었듯이 미세한 나노기공을 포함하고 있으며, 도 11에서 보여지듯이, 주석산아연 나노섬유들 사이에는 거대한 기공들이 분포되어 있다. 따라서 주석산아연 나노섬유로 구성된 가스센서는 바이모달 기공분포 (bi-modal pore distribution)를 가짐으로 인하여 높은 가스감도와 반응속도 특성을 기대할 수 있다.FIG. 11 is a scanning electron micrograph of a portion of the zinc stannate nanofiber coated in the gas sensor of FIG. 10. As shown in FIG. 11, it can be seen that the porous zinc stannate nanofibers are well connected to each other to constitute a sensing material of the gas sensor. Individual nanofibers contain fine nanopores as observed in FIGS. 6 and 7, and as shown in FIG. 11, huge pores are distributed between zinc stannate nanofibers. Therefore, a gas sensor composed of zinc stannate nanofibers can have high gas sensitivity and reaction rate characteristics due to its bi-modal pore distribution.

도 12는 실시예 2에서 제조된 다공성 주석산아연 나노섬유로 이루어진 가스센서의 에탄올 (1~100 ppm) 농도 변화에 대한 저항의 변화를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다. 도 12를 참조하면, 실시예 2의 주석산아연 나노섬유 박층을 이용한 가스센서는 환원가스(에탄올)에 노출되는 동안 저항이 감소하는 전형적인 n-타입 반도체 특성을 보여주고 있다. 따라서 본 발명에 따라 전기방사를 이용하여 제조된 주석산아연 나노섬유가 n-타입 금속산화물 반도체임을 다시 확인할 수 있었다. 센서 측정결과 그림에서 보여지듯이, 다공성 구조의 주석산아연 나노섬유 박층은 1 ppm의 낮은 에탄올 농도에서도 저항의 변화가 민감하게 관찰됨을 알 수 있다. 이러한 특성은 다공성 주석산아연 나노섬유가 고다공성 구조 및 넓은 비표면적을 나타내기 때문에 에탄올 가스의 접근성이 높아지고, 반응이 일어날 수 있는 넓은 표면적이 나노섬유 구조로부터 제공되기 때문이다. 12 is a graph showing the results of measuring the change in resistance to ethanol (1 ~ 100 ppm) concentration change of the gas sensor made of porous zinc stannate nanofibers prepared in Example 2. Referring to FIG. 12, the gas sensor using the thin zinc stannate nanofiber layer of Example 2 shows typical n-type semiconductor characteristics of decreasing resistance during exposure to reducing gas (ethanol). Therefore, it was confirmed again that the zinc stannate nanofibers prepared by electrospinning according to the present invention were n-type metal oxide semiconductors. As shown in the sensor measurement results, it can be seen that the change in the resistance of the porous zinc stannate nanofiber layer was observed even at low ethanol concentration of 1 ppm. This is because porous zinc stannate nanofibers exhibit a high porosity structure and a large specific surface area, thereby increasing accessibility of ethanol gas, and providing a large surface area from which the reaction can occur from the nanofiber structure.

도 13은 실시예 2에서 제조된 다공성 주석산아연 나노섬유로 이루어진 가스센서의 선택성을 평가한 도표이다. 도 13에서 보여지듯이, 각각 100 ppm의 농도를 갖는 수소(H2), 일산화탄소(CO), 에탄올(C2H5OH) 가스에 대하여 주석산아연 나노섬유 가스센서의 저항변화 반응성을 관찰하였다. 매우 특이하게도 다공성 주석산아연 나노섬유로 구성된 가스센서는 수소(H2), 일산화탄소(CO)와 같은 다른 종류의 환원성 가스에 비해 에탄올에 대해 월등히 탁월한 선택성을 보여주었다. 에탄올 가스에 대한 가스반응도 (Ra/Rg) 값이 290 배로 매우 높은 값을 보여주었다. 이에 비해 수소와 일산화탄소에는 미약한 가스 반응도를 보여주었다. 이러한 결과로부터 다공성 주석산아연 나노섬유 네트워크 센서가 에탄올을 포함하는 VOC (volatile organic compound) 가스에 대하여 우수한 선택성을 가질 수 있음을 예측할 수 있다. FIG. 13 is a diagram evaluating the selectivity of a gas sensor composed of porous zinc stannate nanofibers prepared in Example 2. FIG. As shown in FIG. 13, the resistance change reactivity of the zinc stannate nanofiber gas sensor was observed for hydrogen (H 2 ), carbon monoxide (CO), and ethanol (C 2 H 5 OH) gases having a concentration of 100 ppm, respectively. In particular, gas sensors composed of porous zinc stannate nanofibers showed superior selectivity for ethanol over other types of reducing gases such as hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO). The gas reactivity (Ra / Rg) value for ethanol gas was 290 times higher. In comparison, hydrogen and carbon monoxide showed weak gas reactivity. From these results, it can be predicted that the porous zinc stannate nanofiber network sensor can have excellent selectivity for volatile organic compound (VOC) gas containing ethanol.

[비교예 1 : 구형의 나노입자로 구성된 치밀한 주석산아연 나노 섬유의 제조]Comparative Example 1 Preparation of Dense Zinc Tartrate Nanofibers Comprising Spherical Nanoparticles

실시예 1과 모든 구성을 동일하게 하여 실험을 진행하되, 초산비닐수지 (PVAc) 대신 폴리비닐피롤리돈 (PVP) 고분자를 이용하여 나노섬유를 제조하였다. PVP 고분자는 피롤리돈(pyrrolidone)기에 의해 초산 아연, 초산 주석과 착화합물을 형성하므로, 주석 전구체 및 아연 전구체와 상분리되지 않고, 균일한 혼합물 형태의 복합 섬유를 형성하게 한다. Experiments were carried out in the same manner as in Example 1, but nanofibers were prepared using polyvinylpyrrolidone (PVP) polymer instead of vinyl acetate resin (PVAc). Since the PVP polymer forms a complex compound with zinc acetate and tin acetate by a pyrrolidone group, the PVP polymer does not phase separate from the tin precursor and the zinc precursor, thereby forming a composite fiber in a uniform mixture form.

도 14는 전기방사 후에 얻어진 주석산아연 전구체/PVP 복합 나노섬유를 700 ℃에서 1시간 열처리 한 후에 얻어진 주사전자현미경 사진을 보여준다. FIG. 14 shows a scanning electron micrograph obtained after heat treatment of a zinc stannate precursor / PVP composite nanofiber obtained after electrospinning at 700 ° C. for 1 hour.

도 14를 참조하면, 나노섬유의 구조가 실시예 1에서 관찰된 미세구조와는 완전히 다른, 매우 치밀한 구조임을 알 수 있다. 이렇듯 매우 치밀한 구조의 나노섬유를 가스센서 감지 소재로 이용하는 경우, 섬유의 겉 표면만 가스 반응에 참여하게 되어, 가스 감응도가 다공성 나노섬유 구조보다 떨어지게 되는 단점이 있다. Referring to FIG. 14, it can be seen that the structure of the nanofibers is a very dense structure, which is completely different from the microstructure observed in Example 1. As such, when the nanofiber having a very dense structure is used as the gas sensor sensing material, only the outer surface of the fiber participates in the gas reaction, so that gas sensitivity is lower than that of the porous nanofiber structure.

하지만, 본 발명은 이러한 치밀한 나노섬유 구조를 이용하는 종래 기술과 달리 전구체와 고분자의 상분리 특성을 이용하여, 나노섬유의 기공도를 조절할 수 있으며, 더 나아가, 혼합용액에서 전구체 물질과 상분리되는 특성이 있는 고분자와 상분리되는 특성이 없는 고분자를 특정 비율로 혼합하여, 나노섬유의 기동도와 치밀도를 함께 조절하는 것도 가능하다.However, the present invention can control the porosity of the nanofibers by using the phase separation characteristics of the precursor and the polymer, unlike the prior art using such a dense nanofiber structure, and further, the phase separation from the precursor material in the mixed solution It is also possible to control the mobility and the density of the nanofibers by mixing a specific ratio of the polymer having no characteristic of phase separation with the polymer.

도 15는 실시예 1에서 얻어진 다공성 주석산아연 나노섬유와 비교예 1에서 얻어진 치밀한 주석산아연 나노섬유의 N2 흡착-탈착 반응으로부터 얻어진 기공 분포를 나타내는 그래프이다. 도 15에서 관찰이 되듯이, 상대압력비가 높아질수록 다공성 주석산아연 (porous Zn2SnO4) 나노섬유 1g 당 흡탈착되는 N2의 양이 치밀한 주석산아연 섬유보다 약 3배 가량 높은 것을 확인할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 다공성 주석산아연은 5 ~ 20 nm의 기공 분포를 갖는 다공성 구조를 보여주고 있으나, 치밀한 주석산아연 나노섬유의 경우 기공 분포가 8~ 9 nm에서 최고로 높은 피크를 보여주고 있다. 또한 절대적인 기공의 부피 비에서도 본 발명에 따른 다공성 주석산아연 나노섬유가 치밀한 주석산아연 나노섬유보다 월등히 높은 값을 보여주고 있다. FIG. 15 is a graph showing pore distributions obtained from N 2 adsorption-desorption reactions of the porous zinc stannate nanofibers obtained in Example 1 and the dense zinc stannate nanofibers obtained in Comparative Example 1. FIG. As observed in FIG. 15, as the relative pressure ratio increases, the amount of N 2 adsorbed and desorbed per 1 g of porous zinc stannate (porous Zn 2 SnO 4 ) nanofibers is about 3 times higher than that of the dense zinc stannate fiber. In addition, the porous zinc stannate in accordance with the present invention shows a porous structure having a pore distribution of 5 ~ 20 nm, in the case of dense zinc stannate nanofibers show the highest peak at 8 ~ 9 nm. In addition, even in the absolute volume ratio of pores, the porous zinc stannate nanofibers according to the present invention show much higher values than the dense zinc stannate nanofibers.

이상 가스센서를 본 발명에 따른 다공성 주석산아연 나노섬유를 이용한 응용소자로 예시하였으나, 이러한 본 발명에 따른 다공성 주석산아연 나노섬유를 이용하는 응용 전자소자로는 외부 가스의 흡착시 저항의 변화가 관찰이 되는 상술한 가스센서 이외에 n-타입 금속산화물 반도체 물성을 갖는 Zn2SnO4를 채널 층으로 이용하는 트랜지스터가 있다. 또한 Zn2SnO4는 에너지저장 소자인 이차전지의 음극활물질 소재로도 이용될 수 있는데, Si,Sn, SnO2와 같은 음극활물질은 Li과의 반응시 200 ~ 400 % 정도의 부피 팽창을 동반한다. Zn2SnO4 음극활물질도 큰 부피 팽창을 동반하는데, 본 실시예에서 얻어진 다공성 Zn2SnO4 나노섬유 구조를 갖는 음극활물질을 전극소재로 이용하는 경우, 기공분포가 잘 발달되어져 있기 때문에, Li과의 반응에서의 부피 팽창에 변형을 흡수할 수 있어서, 음극활물질 내의 크랙(crack) 발생이나 전극 집전체로 부터의 탈리 현상을 최소화 할 수 있다.Although the gas sensor is illustrated as an application device using the porous zinc stannate nanofibers according to the present invention, an application electronic device using the porous zinc stannate nanofibers according to the present invention is observed that a change in resistance when adsorption of external gas is observed. In addition to the gas sensor described above, there is a transistor using Zn 2 SnO 4 having n-type metal oxide semiconductor properties as a channel layer. In addition, Zn 2 SnO 4 may be used as a negative electrode active material of a secondary battery, which is an energy storage device, and negative electrode active materials such as Si, Sn, and SnO 2 have a volume expansion of about 200 to 400% when reacted with Li. . The Zn 2 SnO 4 negative electrode active material also has a large volume expansion. When the negative electrode active material having the porous Zn 2 SnO 4 nanofiber structure obtained in this embodiment is used as an electrode material, the pore distribution is well developed, The deformation can be absorbed by the volume expansion in the reaction, thereby minimizing the occurrence of cracks in the negative electrode active material and desorption from the electrode current collector.

이상에서 본 발명의 다공성 주석산아연 나노섬유의 제조 및 이를 이용한 가스센서에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 이 발명의 가장 양호한 실시에를 예시적으로 설명한 것이지 이 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 이 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허 청구범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.Although the technical details of the production of the porous zinc stannate nanofiber of the present invention and the gas sensor using the same have been described with the accompanying drawings, this is illustrative of the best embodiment of the present invention and is not intended to limit the present invention. . It is also apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made within the scope of the appended claims without departing from the scope of the spirit of the invention.

Claims (20)

나노입자로 구성되며, 다공성 구조를 가지는 주석산아연 (Zn2SnO4) 나노섬유.Zinc stannate (Zn 2 SnO 4 ) nanofibers composed of nanoparticles and having a porous structure. 제 1항에 있어서,
상기 나노섬유는 상기 나노섬유의 길이 방향으로 연신되어 있는 나노입자가 적어도 하나 이상 포함되어 있는 주석산아연 (Zn2SnO4) 나노섬유.
The method of claim 1,
The nanofiber is zinc stannate (Zn 2 SnO 4 ) nanofibers containing at least one or more nanoparticles extending in the longitudinal direction of the nanofibers.
제 1항에 있어서, 상기 다공성 구조는 나노섬유의 길이 방향으로 연신되어 있는 2 nm ~ 20 nm 크기의 미세기공이 적어도 하나 이상 포함되어 있는 주석산아연 (Zn2SnO4) 나노섬유.The zinc stannate (Zn 2 SnO 4 ) nanofiber of claim 1, wherein the porous structure comprises at least one of micropores having a size of 2 nm to 20 nm that are elongated in the longitudinal direction of the nanofiber. 제 1항에 있어서, 상기 나노입자는 2 ~ 50 nm 직경의 구형의 나노입자를 포함하는 주석산아연 (Zn2SnO4) 나노섬유.The zinc stannate (Zn 2 SnO 4 ) nanofiber of claim 1, wherein the nanoparticles comprise spherical nanoparticles having a diameter of 2 to 50 nm. 제 2항에 있어서, 상기 나노입자는 2 nm ~ 50 nm의 직경, 2 nm ~ 500 nm의 길이 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 주석산아연 (Zn2SnO4) 나노섬유.The zinc stannate (Zn 2 SnO 4 ) nanofibers according to claim 2, wherein the nanoparticles have a diameter of 2 nm to 50 nm and a length distribution of 2 nm to 500 nm. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 다공성 주석산아연 (Zn2SnO4) 나노섬유를 감지소재로 포함하며, 상기 감지소재인 다공성 주석산아연 (Zn2SnO4) 나노섬유는 서로 네트워크화 되어 있는 가스센서.The porous zinc stannate (Zn 2 SnO 4 ) nanofiber according to any one of claims 1 to 5 as a sensing material, the porous zinc stannate (Zn 2 SnO 4 ) nanofibers of the sensing material is networked with each other Gas sensor. (a) 주석산아연 전구체, 고분자, 용매가 혼합된 혼합용액을 준비하는 단계;
(b) 상기 혼합용액을 방사하여 주석산아연 전구체/고분자 복합 섬유를 제조하는 단계; 및
(c) 열처리에 의하여 상기 복합섬유의 전구체들을 결정질화하여 주석산아연 (Zn2SnO4) 나노입자를 포함하는 다공성 주석산아연 (Zn2SnO4) 나노섬유를 제조하는 단계를 포함하는 다공성 주석산아연 (Zn2SnO4) 나노섬유 제조방법.
(a) preparing a mixed solution in which a zinc stannate precursor, a polymer, and a solvent are mixed;
(b) spinning the mixed solution to produce a zinc stannate precursor / polymer composite fiber; And
(c) by the heat treatment to determine nitride the precursor of the composite fibers tartaric acid zinc (Zn 2 SnO 4) porous tartaric zinc containing nanoparticles (Zn 2 SnO 4) porous tartaric zinc comprising the step of producing a nanofiber ( Zn 2 SnO 4 ) nanofiber manufacturing method.
제 7항에 있어서, 상기 주석산아연 전구체는 주석 전구체 및 아연 전구체를 포함하며, 상기 고분자는 상기 주석산아연 전구체와 상기 혼합용액에서 상분리되는 특성을 갖는 다공성 주석산아연 (Zn2SnO4) 나노섬유 제조방법. The method of claim 7, wherein the zinc stannate precursor comprises a tin precursor and a zinc precursor, and the polymer is a porous zinc stannate (Zn 2 SnO 4 ) nanofiber manufacturing method having a property of phase separation from the zinc stannate precursor and the mixed solution. . 제 7항에 있어서, 상기 고분자는 상기 열처리에 의하여 열분해되는 다공성 주석산아연 (Zn2SnO4) 나노섬유 제조방법. The method of claim 7, wherein the porous polymer is thermally decomposed by the heat treatment of zinc stannate (Zn 2 SnO 4) nano-fiber production method. 제 8항에 있어서, 상기 주석 전구체 및 아연 전구체는 각각 주석염 및 아연염을 포함하는 물질인 다공성 주석산아연 (Zn2SnO4) 나노섬유 제조방법. 9. The method of claim 8 wherein the tin precursor and a zinc precursor method of producing nanofibers in a porous zinc stannate (Zn 2 SnO 4) material, each of which includes a tin salt and a zinc salt. 제 7항에 있어서, 상기 고분자는 폴리우레탄 공중합체, 셀룰로오스 유도체 또는 기타 고분자를 사용할 수 있으며, 여기에서 상기 폴리우레탄 공중합체는 폴리우레탄 또는 폴리에테르 우레탄일 수 있고, 상기 셀룰로오스 유도체는 셀룰로오소 아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트일 수 있으며, 기타 고분자로는 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리메틸아크릴레이트(PMA), 폴리아크릴 공중합체, 폴리비닐아세테이트 공중합체, 폴리비닐 알콜(PVA), 폴리퍼퓨릴알콜(PPFA), 폴리비닐 아세테이트(PVAc), 폴리스티렌(PS), 폴리스티렌 공중합체, 폴리프로필렌옥사이드 공중합체, 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐클로라이드(PVC), 폴리카프로락톤, 폴리비닐풀루오라이드, 폴리비닐리덴풀루오라이드 공중합체, 폴리아마이드, 및 폴리에테르이미드로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 고분자가 사용될 수 있는 다공성 주석산아연 (Zn2SnO4) 나노섬유 제조방법.The method of claim 7, wherein the polymer may be a polyurethane copolymer, a cellulose derivative or other polymer, wherein the polyurethane copolymer may be polyurethane or polyether urethane, and the cellulose derivative is cellulose oacetate , Cellulose acetate propionate, and other polymers include polymethyl methacrylate (PMMA), polymethyl acrylate (PMA), polyacrylic copolymer, polyvinylacetate copolymer, polyvinyl alcohol (PVA), poly Perfuryl alcohol (PPFA), polyvinyl acetate (PVAc), polystyrene (PS), polystyrene copolymer, polypropylene oxide copolymer, polycarbonate (PC), polyvinylchloride (PVC), polycaprolactone, polyvinyl pullo Ride, polyvinylidene fluoride copolymer, polyamide, and polyetherimide Porous zinc stannate with one or more polymers selected from the group can be used (Zn 2 SnO 4) nano-fiber production method. 제 7항에 있어서, 용매는 물, 에탄올, 클로로포름, 디메틸포름아미드(dimethylformamide), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone), 디메틸아세타미드(dimethylacetamide), 디메틸술폭사이드(dimethylsulfoxide)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상의 물질을 포함하는 용매인 것을 특징으로 하는 다공성 주석산아연 (Zn2SnO4) 나노섬유 제조방법.The method of claim 7, wherein the solvent is a group consisting of water, ethanol, chloroform, dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, and dimethylsulfoxide. Porous zinc stannate (Zn 2 SnO 4 ) nanofiber manufacturing method, characterized in that the solvent containing at least one material selected from. 제 7항에 있어서, 상기 열처리는 150 ~ 900℃의 온도에서 공기 또는 산화 분위기에서 진행되는 다공성 주석산아연 (Zn2SnO4) 나노섬유 제조방법.The method of claim 7, wherein the heat treatment is a porous zinc stannate (Zn 2 SnO 4 ) nanofiber manufacturing method is carried out in an air or an oxidizing atmosphere at a temperature of 150 ~ 900 ℃. 제 7항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 제조된 다공성 주석산아연 (Zn2SnO4) 나노섬유.Porous zinc stannate (Zn 2 SnO 4 ) nanofibers prepared by the method according to any one of claims 7 to 13. 제 7항 내지 제 13항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의하여 다공성 주석산아연 (Zn2SnO4) 나노섬유를 제조하는 단계; 및
상기 제조된 나노섬유를 페이스트 형태로 만들고, 전극을 포함하는 기판 상에 상기 나노섬유 페이스트를 감지소재로 코팅하는 단계를 포함하는 가스센서의 제조방법.
15. A method for preparing porous zinc stannate (Zn 2 SnO 4 ) nanofibers by the method according to any one of claims 7 to 13; And
The method of manufacturing a gas sensor comprising the step of making the prepared nanofibers in a paste form and coating the nanofiber paste with a sensing material on a substrate including an electrode.
제 15항에 있어서, 가스센서 감지소재로 사용되는 상기 다공성 주석산아연 (Zn2SnO4) 나노섬유는 서로 연결되어 네트워크화 되어 있는 가스센서의 제조방법The method of claim 15, wherein the porous zinc stannate (Zn 2 SnO 4 ) nanofibers used as a gas sensor sensing material are connected to each other and networked. 다공성 기공을 가지며, 나노섬유를 구성하는 나노입자들이 길이 방향으로 연신되어 있는 것을 특징으로 하는 다공성 주석산아연 (Zn2SnO4) 나노섬유를 포함하는 전자소자.An electronic device comprising porous zinc stannate (Zn 2 SnO 4 ) nanofibers having porous pores, and nanoparticles constituting the nanofibers are elongated in the longitudinal direction. 제 17항에 있어서, 상기 다공성 주석산아연 (Zn2SnO4) 나노섬유는 제 14항에 따른 다공성 주석산아연 (Zn2SnO4) 나노섬유를 포함하는 전자소자.The method of claim 17, wherein the electronic device including a nanofiber porous zinc stannate (Zn 2 SnO 4) nanofiber porous zinc stannate according to claim 14 wherein (Zn 2 SnO 4). 다공성 기공을 가지며, 나노섬유를 구성하는 나노입자들이 길이 방향으로 연신되어 있는 것을 특징으로 하는 다공성 주석산아연 (Zn2SnO4) 나노섬유를 포함하는 에너지저장 소자.An energy storage device comprising porous zinc stannate (Zn 2 SnO 4 ) nanofibers having porous pores, and nanoparticles constituting the nanofibers are elongated in the longitudinal direction. 제 19항에 있어서, 상기 다공성 주석산아연 (Zn2SnO4) 나노섬유는 제 14항에 따른 다공성 주석산아연 (Zn2SnO4) 나노섬유를 포함하는 에너지저장 소자.The method of claim 19, wherein the energy storage device of the porous zinc stannate (Zn 2 SnO 4) nanofibers including nanofiber porous zinc stannate (Zn 2 SnO 4) according to claim 14.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103757748A (en) * 2013-09-12 2014-04-30 上海大学 Preparation of tubular zinc stannate (ZnSnO3) material by using electrostatic spinning process
CN104532403A (en) * 2014-12-10 2015-04-22 中国第一汽车股份有限公司 Method for preparing NiO fiber material for NOX detection
KR101521418B1 (en) * 2013-10-10 2015-05-21 한국과학기술원 Exhaled breath analyzing devices using multiple metal oxide semiconductor nano-fibers
CN111257376A (en) * 2020-02-10 2020-06-09 天津大学 Preparation method of composite modified spherical zinc metastannate low-temperature gas-sensitive material

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100812357B1 (en) 2005-12-23 2008-03-11 한국과학기술연구원 Ultra-sensitive metal oxide gas sensor and fbrication method thereof
TWI346406B (en) * 2006-02-16 2011-08-01 Lg Chemical Ltd Lithium secondary battery with enhanced heat-resistance
KR100907486B1 (en) 2008-06-30 2009-07-13 한국과학기술연구원 Anode for secondary battery having negative active material with multi-component?metal oxide nanofiber web structure and secondary battery using the same, and fabrication method of negative active material for secondary battery
KR101255217B1 (en) * 2010-12-07 2013-04-23 한국과학기술연구원 Porous metal oxide nanofibers and fabrication method thereof

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103757748A (en) * 2013-09-12 2014-04-30 上海大学 Preparation of tubular zinc stannate (ZnSnO3) material by using electrostatic spinning process
KR101521418B1 (en) * 2013-10-10 2015-05-21 한국과학기술원 Exhaled breath analyzing devices using multiple metal oxide semiconductor nano-fibers
CN104532403A (en) * 2014-12-10 2015-04-22 中国第一汽车股份有限公司 Method for preparing NiO fiber material for NOX detection
CN111257376A (en) * 2020-02-10 2020-06-09 天津大学 Preparation method of composite modified spherical zinc metastannate low-temperature gas-sensitive material
CN111257376B (en) * 2020-02-10 2022-05-03 天津大学 Preparation method of composite modified spherical zinc metastannate low-temperature gas-sensitive material

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