KR20180097973A - Discoloration sensor and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

Discoloration sensor of the present invention comprises a perovskite compound including a structure of CH3NH3PbI3 and a detection unit having the perovskite compound. In the present invention, when the detection unit is exposed to the volatile organic compound, the volatile organic compound is changed by a reaction of the perovskite and presence of the volatile organic compound can be confirmed.

Description

변색 센서 및 이의 제조 방법{DISCOLORATION SENSOR AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a discoloration sensor,

본 발명은 피리딘 변색 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 페로브스카이트 화합물을 포함하는 피리딘 변색 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to a pyridine color change sensor including a perovskite compound and a method of manufacturing the same.

최근 몇 년 동안 세계 산업과 경제의 중요한 발전 이래로, 고감도로 오염 물질을 탐지하고 모니터링하는 것이 사회적으로나 환경적으로 매우 중요해졌다. 특히, 알코올(alcohols), 아세톤(acetone), 포름알데히드(formaldehyde), 피리딘(pyridine)과 같은 휘발성 유기 화합물(VOCs, Volatile Organic Compounds)들은 실내 환경 오염 물질의 주된 원인 및 인체에 심각히 유해한 물질로 널리 알려져 있다.Since the important developments in the world industry and economy in recent years, the detection and monitoring of pollutants with high sensitivity has become very important both socially and environmentally. In particular, volatile organic compounds (VOCs) such as alcohols, acetone, formaldehyde, and pyridine are widely used as indoor environmental pollutants, It is known.

휘발성 유기 화합물은 대기중에 휘발되어 악취나 오존을 반생시키는 탄화수소 화합물을 일컫는 말로, 피부 접촉이나 호흡기 흡입을 통해 신경계에 장애를 일으키는 발압물질이다. 이러한 휘발성 유기 화합물은 대개의 경우 저농도에서도 악취를 유발하며, 화합물 자체로서도 환경 및 인체에 직접적으로 유해하거나 대기중에서 광화학 반응(photochemical reaction)에 참여하여 광화학산화물 등 2차 오염 물질을 생성하기도 한다.Volatile organic compounds (VOCs) are volatile organic compounds that volatilize in the atmosphere and cause odor and ozone. These compounds are substances that cause damage to the nervous system through skin contact and inhalation. Such volatile organic compounds often cause odor even at low concentrations, and the compounds themselves may be directly harmful to the environment and human body or participate in photochemical reaction in the atmosphere to generate secondary pollutants such as photochemical oxides.

그 중에서도 산업 유기 합성에서 범용 용매로 널리 사용되는 피리딘(C5H5N)은 피부를 통해서 흡입, 섭취 또는 흡수될 수 있고, 그런 경우 메스꺼움, 구토, 기침, 천식 호흡, 후두염 및 심지어 암을 유발한다. 더욱 심각한 것은 피리딘 가스는 무색이기 때문에 그것에 노출되어 있어도 인식하기 어렵다는 것이다. 따라서, 다양한 환경에서 고감도 및 신속한 검출과 신뢰성을 겸비한 피리딘 모니터링 시스템이 요구되고 있다.Among them, pyridine (C 5 H 5 N), widely used as a general-purpose solvent in industrial organic synthesis, can be inhaled, ingested or absorbed through the skin, causing nausea, vomiting, coughing, asthma breathing, laryngitis and even cancer do. Even more serious is that the pyridine gas is colorless and therefore difficult to recognize even if it is exposed to it. Therefore, there is a demand for a pyridine monitoring system that combines high sensitivity and rapid detection and reliability in various environments.

지금까지 바르비투르산 분광광도법(barbituric acid spectrophotometry), 액체 크로마토그래피(liquid chromatography), 가스 크로마토그래피(gas chromatography), 액체 크로마토그래피-질량 분광법(liquid chromatography-mass spectrometry) 및 가스 크로마토그래피-질량분광법(gas chromatography-mass spectrometry)과 같은 다양한 피리딘 검출 기술이 보고되었다. 그러나 컬러 또는 컬러 방출을 신호로 나타내는 가역적인 검출 시스템은 아직 보고 되지 않았다.It has so far been used in the field of barbituric acid spectrophotometry, liquid chromatography, gas chromatography, liquid chromatography-mass spectrometry and gas chromatography-mass spectrometry gas chromatography-mass spectrometry) have been reported. However, a reversible detection system that signals color or color emissions has not yet been reported.

본 발명의 일 목적은 피리딘 검출용 변색 센서를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a color shift sensor for pyridine detection.

본 발명의 다른 목적은 피리딘 검출용 변색 센서의 제조 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing a color change sensor for pyridine detection.

본 발명의 일 목적을 위한 변색 센서는 CH3NH3PbI3의 구조를 가지는 페로브스카이트(perovskite) 화합물; 및 상기 페로브스카이트 화합물을 포함하는 검출부;를 포함하고 상기 검출부가 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds)에 노출되면 상기 휘발성 유기 화합물과 상기 페로브스카이트의 반응에 의해 상기 검출부의 색변화 또는 형광변화가 발생하여 상기 휘발성 유기 화합물의 유무를 확인할 수 있다.Color change sensor for an object of the present invention is a perovskite (perovskite) a compound having the structure of CH 3 NH 3 PbI 3; And a detection unit including the perovskite compound. When the detection unit is exposed to volatile organic compounds (VOCs), the reaction of the volatile organic compound and the perovskite causes color change or fluorescence of the detection unit The presence or absence of the volatile organic compound can be confirmed.

일 실시예에서 상기 휘발성 유기 화합물은 피리딘(pyridine)일 수 있다.In one embodiment, the volatile organic compound may be pyridine.

일 실시예에서 상기 검출부는 박막 형태인 페로브스카이트 필름일 수 있다.In one embodiment, the detector may be a perovskite film in the form of a thin film.

일 실시예에서 상기 페로브스카이트 필름은 두께가 200 nm 내지 400 nm일 수 있다.In one embodiment, the perovskite film may have a thickness of 200 nm to 400 nm.

일 실시예에서 상기 페로브스카이트 필름은 5 μm 이하의 균일한 결정 도메인을 가질 수 있다.In one embodiment, the perovskite film may have a uniform crystal domain of less than 5 [mu] m.

일 실시예에서 상기 변화는 가시적인 변화일 수 있다.In one embodiment, the change may be a visible change.

일 실시예에서 피리딘에 노출되면, 상기 검출부가 5 초 이내에 암갈색에서 투명하게 변화할 수 있다.In one embodiment, when exposed to pyridine, the detector can change transparently in dark brown within 5 seconds.

일 실시예에서 피리딘에 노출되었다가 피리딘이 제거되면, 상기 검출부가 10 초 이내에 암갈색으로 변화할 수 있다.In one embodiment, when the pyridine is exposed to pyridine, the detector may change to dark brown within 10 seconds.

일 실시예에서 상기 반응은 가역적인 반응일 수 있다.In one embodiment, the reaction may be a reversible reaction.

일 실시예에서 피리딘과 반응하여, 상기 검출부의 흡광도 및 형광 세기 중에서 적어도 하나 이상이 가역적으로 변화할 수 있다.In one embodiment, at least one of the absorbance and fluorescence intensity of the detection unit may be reversibly changed by reacting with pyridine.

일 실시예에서 상기 흡광도 변화는, 450 nm 내지 800 nm 파장대에서 흡광도가 가역적으로 변화할 수 있다.In one embodiment, the absorbance change may reversibly change the absorbance at a wavelength range of 450 nm to 800 nm.

일 실시예에서 상기 형광 세기 변화는, 780 nm 파장대에서 형광 세기가 가역적으로 변화할 수 있다.In one embodiment, the fluorescence intensity change can reversibly change the fluorescence intensity at the 780 nm wavelength band.

본 발명의 다른 목적을 위한 휘발성 유기 화합물을 검출하기 위한 변색 센서 제조 방법은 기판 및 CH3NH3PbI3 전구체를 준비하는 단계; 상기 기판 상에 상기 CH3NH3PbI3 전구체를 블레이드 코팅기(blade-coater)로 블레이드 코팅(blade-coating)하여 습윤 필름을 형성하는 단계; 상기 습윤 필름을 건조하여 건조된 필름을 형성하는 단계; 및 상기 건조된 필름을 어닐링(annealing)하는 단계;를 포함한다.Discoloration sensor manufacturing method for the detection of volatile organic compounds for the object of the present invention may include the steps of preparing a substrate and CH 3 NH 3 PbI 3 precursor; The step of CH 3 NH 3 PbI coating blade (blade-coating) a third precursor into a blade coater (blade-coater) onto the substrate to form a wet film; Drying the wet film to form a dried film; And annealing the dried film.

일 실시예에서 상기 블레이드 코팅기와 상기 기판 사이의 간격을 10 ㎛로 하고, 15 mm/s의 코팅 속도로 블레이드 코팅할 수 있다.In one embodiment, the gap between the blade coater and the substrate is 10 μm, and the blade coating can be performed at a coating rate of 15 mm / s.

일 실시예에서 상기 건조된 필름을 100 ℃에서 15 분 동안 어닐링할 수 있다.In one embodiment, the dried film can be annealed at 100 DEG C for 15 minutes.

본 발명을 통해서 휘발성 유기화합물인 피리딘 가스를 검출하기 위한 감도, 내구성 및 발색성이 뛰어난 피리딘 검출용 변색 센서를 제공할 수 있다. 본 발명의 피리딘 검출용 변색 센서는 감도가 우수하고 신속하게 피리딘을 검출 할 수 있다. 또한 피리딘 증기에 노출되면, 가역적이고 가시적인 색 변화를 보여주기 때문에 반복적으로 피리딘을 모니터링 할 수 있고, 육안으로 쉽게 피리딘을 인식할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a color shift sensor for pyridine detection which is excellent in sensitivity, durability and coloring property for detecting pyridine gas which is a volatile organic compound. The pyridine-detecting discoloration sensor of the present invention is excellent in sensitivity and can detect pyridine quickly. Also, when exposed to pyridine vapors, they show reversible and visible color changes, so that pyridine can be repeatedly monitored and pyridine can be easily recognized visually.

도 1은 본 발명의 페로브스카이트 기능성 색소의 결정 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 페로브스카이트의 특성을 나타내는 도면이다.
도 3은 페로브스카이트의 특성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 페로브스카이트 필름을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 페로브스카이트 필름 실험 장치를 나타낸 도면이다.
도 7은 실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 8은 실험 결과를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 페로브스카이트 필름을 나타낸 도면이다.
도 10은 실험결과를 나타낸 도면이다.
도 11은 실험결과를 나타낸 도면이다.
1 is a diagram showing the crystal structure of the perovskite functional dye of the present invention.
2 is a diagram showing the characteristics of the perovskite.
3 is a diagram showing the characteristics of the perovskite.
4 is a view showing a manufacturing method of the present invention.
5 is a view showing a perovskite film of the present invention.
6 is a view showing an experimental apparatus for perovskite film of the present invention.
7 is a diagram showing the result of the experiment.
8 is a diagram showing the results of the experiment.
9 is a view showing a perovskite film of the present invention.
10 is a diagram showing the result of the experiment.
11 is a view showing an experimental result.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the term " comprises " or " having ", etc. is intended to specify that there is a feature, step, operation, element, part or combination thereof described in the specification, , &Quot; an ", " an ", " an "

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

페로브스카이트(perovskite) 화합물은 화학식 ABX3의 구조를 가진 물질이다(이때, A는 유기 양이온(organic cation), B는 금속 양이온(metal cation), X는 할로겐 음이온(halogen anion)).A perovskite compound is a substance having the structure of the formula ABX 3 wherein A is an organic cation, B is a metal cation, and X is a halogen anion.

도 1은 본 발명의 페로브스카이트 기능성 색소(perovskite functional dye)의 결정 구조를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면, 유기 양이온 CH3NH3 +, 금속 양이온 Pb2+ 그리고 할로겐 음이온 I- 을 포함하는 페로브스카이트 기능성 색소의 구조를 나타내고 있다.FIG. 1 is a diagram showing the crystal structure of perovskite functional dye of the present invention. Referring to FIG. 1, there is shown the structure of a perovskite functional pigment comprising an organic cation CH 3 NH 3 + , a metal cation Pb 2+ and a halogen anion I - .

ABX3 구조의 유기 금속 할라이드형 하이브리드 페로브스카이트(organometal halide-type hybrid perovskite)는 뛰어난 광 수확기(light harvester)로서 종래의 광 흡수성 루테늄(ruthenium)계 분자 색소와 비교하여 강렬한 광대역 UV/Vis 광 흡수 (300 nm 내지 800 nm) 및 10 배 큰 흡수 계수(absorption coefficient)(ε = 1.3 × 105 cm-1, 550 nm)와 같은 탁월한 광전자 특성(optoelectronic properties)이 드러났다. 이러한 독특한 광학적 특성과 페로브스카이트의 극성 종과의 수소 결합 반응성을 결합시킴으로써, 극성 화학 센서에 페로브스카이트 기능성 색소(PFD)를 적용했다.The organometal halide-type hybrid perovskite of the ABX 3 structure is an excellent light harvester. It is an intense broadband UV / Vis optical fiber compared to conventional light absorbing ruthenium based molecular pigments. Excellent optoelectronic properties such as absorption (300 nm to 800 nm) and 10 times larger absorption coefficient (ε = 1.3 × 10 5 cm -1 , 550 nm) have been revealed. By combining this unique optical property with the hydrogen bonding reactivity of the polar species of the perovskite, a perovskite functional dye (PFD) was applied to the polar chemical sensor.

본 발명의 일 목적을 위한 변색 센서는 CH3NH3PbI3의 구조를 가지는 페로브스카이트(perovskite) 화합물; 및 상기 페로브스카이트 화합물을 포함하는 검출부;를 포함하고 상기 검출부가 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds)에 노출되면 상기 휘발성 유기 화합물과 상기 페로브스카이트의 반응에 의해 상기 검출부의 색변화 또는 형광변화가 발생하여 상기 휘발성 유기 화합물의 유무를 확인할 수 있다.Color change sensor for an object of the present invention is a perovskite (perovskite) a compound having the structure of CH 3 NH 3 PbI 3; And a detection unit including the perovskite compound. When the detection unit is exposed to volatile organic compounds (VOCs), the reaction of the volatile organic compound and the perovskite causes color change or fluorescence of the detection unit The presence or absence of the volatile organic compound can be confirmed.

일 실시예에서 상기 휘발성 유기 화합물은 피리딘(pyridine)일 수 있다.In one embodiment, the volatile organic compound may be pyridine.

일반적인 유기 금속 할로겐화물 페로브스카이트 물질은 수분(극성 물질)에 반응하여 결정 구조의 비가역적인 전환을 보여주며, 다음의 화학반응식에 따라 잘 알려져 있다.Typical organometallic halide perovskite materials show irreversible conversion of crystal structure in response to moisture (polar material) and are well known according to the following chemical reaction formula.

CHCH 33 NHNH 33 PbIPbI 33 → CH → CH 33 NHNH 33 I + PbII + PbI 22

이러한 반응은 CH3NH3+의 수소 원자 사이의 상호작용에 의해 발생한다. 종래에는 극성 알코올(메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), n-프로판올(n-propanol) 및 n-부탄올(n-butanol) 등)이 페로브스카이트의 결정 구조를 비가역적인 원리로 전환시키는 것이 발견되었지만, 본 발명에서는 피리딘 분자와 페로브스카이트 간의 상호작용이 가역적인 것으로 관찰되었다.This reaction is caused by the interaction between the hydrogen atom of CH 3 NH 3+. Conventionally, polar alcohols (such as methanol, ethanol, n-propanol, and n-butanol) convert the crystal structure of perovskite into irreversible principles Although it has been discovered, it has been observed in the present invention that the interaction between the pyridine molecule and perovskite is reversible.

도 2 내지 3은 페로브스카이트의 특성을 나타내는 도면이다.Figs. 2 to 3 are diagrams showing perovskite characteristics. Fig.

도 2를 참조하면, 극성분자인 H2O, EtOH, 및 피리딘과 페로브스카이트의 CH3NH3+ 간의 사이 거리가 나타나있다. 이때 두 분자 간의 사이 거리가 멀수록 상호작용의 강도가 비교적 약해질 수 있고, 그로인해 가역적인 반응이 발생할 수 있다.Referring to Figure 2, the distance between the polar molecules H 2 O, EtOH, and the CH 3 NH 3 + of pyridine and perovskite is shown. At this time, the farther the distance between the two molecules is, the weaker the interaction strength can be, and the reversible reaction may occur.

또한, 도 3을 참조하면, 페로브스카이트-피리딘 복합체의 에너지가 페로브스카이트와 피리딘 분자 각각 의 총 에너지과 비교하여 상대적으로 높은 것을 나타낸다. 복합체의 에너지가 상대적으로 높은 경우 가역적인 반응이 가능하고, 페로브스카이트-H2O 복합체의 에너지는 상대적으로 낮기 때문에 가역적인 반응을 방해한다. 따라서 도 2 내지 3을 통해서 다른 극성 분자들과는 다르게 페로브스카이트가 피리딘을 가역적으로 검출하는데 효과적이라는 것을 알 수 있다.Also, referring to FIG. 3, it is shown that the energy of the perovskite-pyridine complex is relatively higher than the total energy of the perovskite and pyridine molecules, respectively. When the energy of the complex is relatively high, a reversible reaction is possible, and the energy of the perovskite-H 2 O complex is relatively low, which hinders the reversible reaction. Therefore, it can be seen from Figs. 2 to 3 that, unlike the other polar molecules, perovskite is effective for reversibly detecting pyridine.

일 실시예에서 상기 검출부는 박막 형태인 페로브스카이트 필름일 수 있다.In one embodiment, the detector may be a perovskite film in the form of a thin film.

일 실시예에서 상기 페로브스카이트 필름은 두께가 200 nm 내지 400 nm일 수 있다.In one embodiment, the perovskite film may have a thickness of 200 nm to 400 nm.

일 실시예에서 상기 페로브스카이트 필름은 5 μm 이하의 균일한 결정 도메인을 가질 수 있다.In one embodiment, the perovskite film may have a uniform crystal domain of less than 5 [mu] m.

일 실시예에서 상기 변화는 가시적인 변화일 수 있다.In one embodiment, the change may be a visible change.

본 발명에서는 극성- 인식(polarity-recognizable)이 가능한 유기 금속 할라이드 페로브스카이트 기능성 색소를 사용하여 극성 피리딘 증기(polar pyridine vapor) (극성: ET = 45.4 kcal/mol)에 대해 초고속(< 1 s) 및 가역적(reversible)이고 가시적인 색/형광(colorimetric/fluorescent) 응답(respond)을 나타내는 간단하면서도 매우 효과적인 피리딘 화학 센서를 제공한다. 종래에 보고된 다른 감지 재료들과 비교하여, 페로브스카이트 필름의 준비는 매우 단순한 단일 단계 합성(simple one step synthesis)일 뿐만 아니라 호환 가능성이 좋은 저비용 솔루션 인쇄 공정을 기반으로 하므로 넓은 면적의 화학 센서 어레이(chemosensor arrays)들에 적용이 가능하다.In the present invention, the use of polarity-recognizable organometallic halide perovskite functional pigments is used to produce super fast (< 1 s) polar pyridine vapor (polarity: ET = 45.4 kcal / mol) ) And a simple yet highly effective pyridine chemical sensor that exhibits a reversible and visible colorimetric / fluorescent response. Compared to other sensing materials reported in the past, the preparation of perovskite films is not only a simple one step synthesis but also a low-cost solution printing process that is compatible with a wide range of chemicals It is applicable to sensor array (chemosensor arrays).

이하 본 발명의 실시예들에 대해 상술한다. 다만, 하기 실시예들은 본 발명의 일부 실시 형태에 불과한 것으로서, 본 발명이 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the following examples are only a few embodiments of the present invention, and the present invention should not be construed as being limited to the following examples.

재료 준비Material preparation

요오드화 메틸 암모늄(Methylammonium iodide)(CH3NH3I)과 요오드화 납(II)(lead (II) iodide (PbI2)), 도쿄화학 공업(TCI)(Tokyo Chemical Industry).Methylammonium iodide (CH 3 NH 3 I) and lead (II) iodide (PbI 2 ), Tokyo Chemical Industry (TCI).

디메틸술폭사이드(DMSO)(Dimethyl sulfoxide) 및 피리딘(pyridine), 시그마 알드리치(Sigma-Aldrich).Dimethyl sulfoxide (DMSO) and pyridine, Sigma-Aldrich.

페로브스카이트 필름 제조Manufacture of perovskite film

본 발명의 일 실시예에서 CH3NH3PbI3 페로브스카이트 전구체 용액은 CH3NH3I와 PbI2를 사용하였고, 페로브스카이트 필름을 형성하기 위한 기판으로 유리기판을 사용하였다.In one embodiment of the present invention, a CH 3 NH 3 PbI 3 perovskite precursor solution was CH 3 NH 3 I and PbI 2 , and a glass substrate was used as a substrate for forming a perovskite film.

페로브스카이트 필름을 형성하기 전에 기판(substrate)을 세제(detergent) 및 탈이온수(deionized water), 아세톤(acetone) 및 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol)에서 초음파 처리(sonication)를 하여 세척하였다.Before forming the perovskite film, the substrate was cleaned by sonication in detergent and deionized water, acetone and isopropyl alcohol.

세척한 기판 상에 균일하고 넓은 면적(10 cm2)의 페로브스카이트 필름을 블레이드 코팅기(blade-coater)와 균일한 CH3NH3PbI3 페로브스카이트 전구체 용액(homogeneous CH3NH3PbI3 precursor solution)을 DMSO를 사용하여 제조하였다. 이때, 블레이드와 기판 사이의 간격을 10 ㎛로 하고, 15 mm/s의 코팅 속도(coating speed)로 전구체 용액을 블레이드 코팅(blade-coating)함으로서, 400 nm 이하의 두께의 페로브스카이트를 얻을 수 있었다.A homogeneous and large area (10 cm 2 ) perovskite film on a cleaned substrate was coated with a blade-coater and homogeneous CH 3 NH 3 PbI 3 perovskite precursor solution (homogeneous CH 3 NH 3 PbI 3 precursor solution) was prepared using DMSO. At this time, by performing blade-coating of the precursor solution at a coating speed of 15 mm / s with a gap of 10 μm between the blade and the substrate, a perovskite having a thickness of 400 nm or less is obtained I could.

전구체 용액이 블레이딩된 직 후에 형성된 습윤 필름(wet film)을 어닐링(annealing)하기 전까지 40 분 동안 실온(25 ℃)에서 건조시켜 대부분의 DMSO가 증발되기를 기다렸다(블레이드 코팅은 나이프 코팅 장치(knife-coating device)를 사용)(KP-3000H, KIPAE). 마지막으로, 건조시킨 기판을 100 ℃에서 15 분 동안 어닐링하였다.The precursor solution was dried at room temperature (25 캜) for 40 minutes until the wet film formed immediately after the bladed solution was annealed to wait for most of the DMSO to evaporate (blade coating was performed with a knife- coating device) (KP-3000H, KIPAE). Finally, the dried substrate was annealed at 100 DEG C for 15 minutes.

도 4는 본 발명의 제조 방법을 나타내는 도면이다. 구체적으로 도 4는 본 발명의 페로브스카이트 필름 제조 과정 중에서 블레이드 코팅기를 이용하여, 전구체 용액을 이용하여 유리 기판 상에 넓은 면적의 페로브스카이트 필름을 형성하는 것을 그림으로 나타낸 것이다. 이때 간격(Gap)에 의해 페로브스카이트 필름의 두께가 조절 될 수 있다. 결정질 페로브스카이트 필름은 습윤 필름을 건조 시킨 후 100 ℃에서 어닐링하여 형성한다.4 is a view showing a manufacturing method of the present invention. Specifically, FIG. 4 is a diagram illustrating formation of a large area perovskite film on a glass substrate using a precursor solution using a blade coater in the process of producing the perovskite film of the present invention. At this time, the thickness of the perovskite film can be adjusted by a gap. The crystalline perovskite film is formed by drying the wet film and then annealing at 100 ° C.

Agilent 8457 UV-vis 분광 광도계(spectrophotometer), Shimadzu RF-5301PC 형광 분광 광도계(Fluorescence spectrophotometer) 및 MCPD-3000(오츠카 전자)을 사용하여 상기 실시예를 통해 제조된 페로브스카이트 필름의 UV-vis 흡수 및 광루미네선스(PL,photoluminescence) 스펙트럼을 측정하였다.UV-vis absorption of perovskite films prepared by the above examples using Agilent 8457 UV-vis spectrophotometer, Shimadzu RF-5301PC fluorescence spectrophotometer and MCPD-3000 (Otsuka Electronics) And PL (photoluminescence) spectra were measured.

제조된 페로브스카이트 필름의 특성 측정Characterization of the manufactured perovskite film

도 5는 본 발명의 페로브스카이트 필름을 나타낸 도면이다. 도 5는 참조하면, 본 발명의 페로브스카이트 필름의 SEM(Scanning electron microscopy) 이미지를 나타낸 것으로 5 μm 이하의 균일한 결정 도메인을 나타낸다(눈금 막대: 10 μm).5 is a view showing a perovskite film of the present invention. Referring to FIG. 5, a scanning electron microscopy (SEM) image of the perovskite film of the present invention shows a uniform crystal domain of 5 μm or less (scale bar: 10 μm).

일 실시예에서 피리딘에 노출되면, 상기 검출부가 5 초 이내에 암갈색에서 투명하게 변화할 수 있다.In one embodiment, when exposed to pyridine, the detector can change transparently in dark brown within 5 seconds.

일 실시예에서 피리딘에 노출되었다가 피리딘이 제거되면, 상기 검출부가 10 초 이내에 암갈색으로 변화할 수 있다.In one embodiment, when the pyridine is exposed to pyridine, the detector may change to dark brown within 10 seconds.

일 실시예에서 상기 반응은 가역적인 반응일 수 있다.In one embodiment, the reaction may be a reversible reaction.

일 실시예에서 피리딘과 반응하여, 상기 검출부의 흡광도 및 형광 세기 중에서 적어도 하나 이상이 가역적으로 변화할 수 있다.In one embodiment, at least one of the absorbance and fluorescence intensity of the detection unit may be reversibly changed by reacting with pyridine.

일 실시예에서 상기 흡광도 변화는, 450 nm 내지 800 nm 파장대에서 흡광도가 감소할 수 있다.In one embodiment, the absorbance change may decrease in absorbance at a wavelength range of 450 nm to 800 nm.

일 실시예에서 상기 형광 세기 변화는, 780 nm 파장대에서 형광세기가 가역적으로 변화할 수 있다.In one embodiment, the fluorescence intensity change can reversibly change the fluorescence intensity at the 780 nm wavelength band.

페로브스카이트 필름의 피리딘 인식 능력을 확인하기 위해서 피리딘 증기 존재하에서 페로브스카이트 필름의 UV/Vis 흡수 스펙트럼 연구를 수행하였다.UV / Vis absorption spectra of perovskite films were investigated in the presence of pyridine vapor to confirm the pyridine recognition ability of perovskite films.

도 6은 본 발명의 페로브스카이트 필름 실험 장치를 나타낸 도면이다. 구체적으로 본 발명의 페로브스카이트 필름의 광학 특성 변화를 측정하기 위해, 도 6에 나타난 실험 장치를 이용하였다. 실온(25 ℃)에서 질소 가스(4.0 × 102 mL/분)에 의해 운반된 피리딘 가스에 페로브스카이트 필름을 노출시켰다.6 is a view showing an experimental apparatus for perovskite film of the present invention. Specifically, in order to measure the change in optical characteristics of the perovskite film of the present invention, the experimental apparatus shown in FIG. 6 was used. The perovskite film was exposed to pyridine gas carried by nitrogen gas (4.0 x 102 mL / min) at room temperature (25 캜).

도 7은 실험 결과를 나타낸 도면이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 페로브스카이트 필름으로부터 745 nm 피크를 특징으로 하는 광대역 흡수 스펙트럼(Broad-band absorption spectra)이 관찰되었고, 피리딘 증기에 노출된 경우, 1 초 이내에 745 nm에서 55.4 %까지 강도가 감소하였고 뿐만 아니라 가시 스펙트럼 범위(visible spectra range)에서 전체적으로 흡광도가 감소한 것을 알 수 있다. 페로브스카이트 결정 구조의 분해를 나타내며, 페로브스카이트의 색이 투명해지는 가시적인 변화를 확인할 수 있다. 페로브스카이트 필름의 피리딘 유도 투명성(Pyridine-induced transparency)은 각각 500, 600 및 700 nm에서 55.3, 62.9 및 59.3 %였다. 이와 같은 흡광도와 투명도(transparency)변화는 피리딘과 CH3NH3+사이의 수소 결합 상호작용(hydrogen bond interaction)으로 인해 결정 분해가 유발되는 것으로, 암갈색에서 투명(무색)으로 필름의 색상이 변화가 일어난다.7 is a diagram showing the result of the experiment. 7, broad band absorption spectra were observed from the perovskite film of the present invention, characterized by a peak at 745 nm. When exposed to pyridine vapor, the peak wavelength of 55.4 %, As well as a decrease in overall absorbance in the visible spectra range. It shows the decomposition of the perovskite crystal structure, and the visible change in the color of the perovskite becomes clear. The pyridine-induced transparency of the perovskite films was 55.3, 62.9 and 59.3% at 500, 600 and 700 nm, respectively. Such absorption and clarity (transparency) changes the pyridine and CH 3 NH 3 + hydrogen bonding between the interactive color of the film changes to be determined which are caused by the decomposition (hydrogen bond interaction), from dark brown to clear (no color) It happens.

도 8은 실험 결과를 나타낸 도면이다. 도 8을 참조하면, 피리딘 증기를 제거하고 6 초 후 다시 페로브스카이트 필름의 흡광도와 색이 원래대로 회복되는 것을 알 수 있다. 도 7 내지 8을 통해서 페로브스카이트 필름의 가역적인 흡광도 및 색 변화를 확인 할 수 있다.8 is a diagram showing the results of the experiment. Referring to FIG. 8, the absorbance and color of the perovskite film are restored to their original values after 6 seconds after removing the pyridine vapor. 7 to 8, the reversible absorbance and color change of the perovskite film can be confirmed.

도 9는 본 발명의 페로브스카이트 필름을 나타낸 도면이다. 구체적으로 도 9의 (a)는 피리딘 증기에 노출되기 전 페로브스카이트 필름의 모습을 나타낸 것이고, 차례대로 (b),(c) 및 (d)는 피리딘 증기의 노출되고 1 초 이내의 페로브스카이트 필름의 색이 변화하는 것을 시간의 순서대로 나타낸 것이다. 도 9의 (e), (f), (g) 및 (h)는 피리딘 증기를 제거하였을 때 페로브스카이트 필름이 다시 변화하는 모습을 시간 순서로 나타낸 것이다. 도 9를 통해서 피리딘 증기에 대한 페로브스카이트의 빠르고 가역적인 변화를 확인 할 수 있다.9 is a view showing a perovskite film of the present invention. Specifically, Fig. 9 (a) shows the appearance of the perovskite film before being exposed to the pyridine vapor. (B), (c) and (d) The change in color of the lobesquot film is shown in order of time. FIGS. 9 (e), 9 (f), 9 (g) and 9 (h) show the change of the perovskite film in time sequence when the pyridine vapor is removed. 9, a rapid and reversible change in perovskite with respect to the pyridine vapor can be confirmed.

도 10 내지 11은 실험 결과를 나타낸 도면이다.10 to 11 are diagrams showing experimental results.

먼저 도 10을 참조하면, 페로브스카이트 필름의 피리딘 노출 전 후에 따른 PL(photoluminescence) 스펙트럼을 비교한 것이다. 780 nm에서 초기 형광 강도의 65.2 %가 피리딘 증기에 노출되었을 때 급격히 감소하고, 피리딘 증기 제거된 후 회복된 것을 나타낸다. 이러한 결과는 페로브스카이트 기능성 색소가 민감하게 반응하는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 10, PL (photoluminescence) spectra of the perovskite films before and after exposure to pyridine are compared. At 780 nm, 65.2% of the initial fluorescence intensity sharply decreases when exposed to pyridine vapors, indicating recovery after pyridine vapor removal. These results confirm that the perovskite functional dye sensitively responds.

페로브스카이트 필름의 가역적인 피리딘 증기 검출의 재현성은 페로브스카이트 필름에 피리딘 증기를 반복적으로 노출 및 제거하여 흡광도 및 형광 변화를 모니터링함으로써 확인되었다.The reproducibility of reversible pyridine vapor detection of perovskite films was confirmed by repeated exposure and removal of pyridine vapor to the perovskite film to monitor absorbance and fluorescence changes.

도 11을 참조하면, 도 11의 (a)는 주기적인 피리딘 증기 노출 및 제거 사이클에 따른 광루미네선스 세기 변화를 나타내고, 도 11의 (b)는 형광 흡광도 세기 변화를 나타낸 것으로, 연속적인 노출 사이클을 통해서 피리딘과 페로브스카이트 사이의 상호작용이 가역적이며, 여러번 사용할 수 있는 뛰어난 내구성을 가지는 것을 알 수 있다. 100 번 이상의 피리딘 노출 사이클이 반복될 수 있다. 측정 결과, 가장 빠른 피리딘 증기 검출(off) 및 회복(on) 시간은 각각 1 초 미만 및 6 초 이하였다.Referring to FIG. 11, FIG. 11 (a) shows the change in the luminous intensity of light according to the cyclic pyridine vapor exposure and removal cycle, and FIG. 11 (b) The interaction between pyridine and perovskite is reversible through the cycle and has excellent durability that can be used many times. More than 100 pyridine exposure cycles may be repeated. The fastest pyridine vapor detection (off) and recovery (on) times were less than 1 second and less than 6 seconds, respectively.

본 발명의 다른 목적을 위한 휘발성 유기 화합물을 검출하기 위한 변색 센서 제조 방법은 기판 및 CH3NH3PbI3 전구체를 준비하는 단계; 상기 기판 상에 상기 CH3NH3PbI3 전구체를 블레이드 코팅기(blade-coater)로 블레이드 코팅(blade-coating)하여 습윤 필름을 형성하는 단계; 상기 습윤 필름을 건조하여 건조된 필름을 형성하는 단계; 및 상기 건조된 필름을 어닐링(annealing)하는 단계;를 포함한다.Discoloration sensor manufacturing method for the detection of volatile organic compounds for the object of the present invention may include the steps of preparing a substrate and CH 3 NH 3 PbI 3 precursor; The step of CH 3 NH 3 PbI coating blade (blade-coating) a third precursor into a blade coater (blade-coater) onto the substrate to form a wet film; Drying the wet film to form a dried film; And annealing the dried film.

일 실시예에서 상기 블레이드 코팅기와 상기 기판 사이의 간격을 10 ㎛로 하고, 15 mm/s의 코팅 속도로 블레이드 코팅할 수 있다.In one embodiment, the gap between the blade coater and the substrate is 10 μm, and the blade coating can be performed at a coating rate of 15 mm / s.

일 실시예에서 상기 건조된 필름을 100 ℃에서 15 분 동안 어닐링할 수 있다.In one embodiment, the dried film can be annealed at 100 DEG C for 15 minutes.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims. It can be understood that it is possible.

Claims (15)

CH3NH3PbI3의 구조를 가지는 페로브스카이트(perovskite) 화합물; 및
상기 페로브스카이트 화합물을 포함하는 검출부;를 포함하고
상기 검출부가 휘발성 유기 화합물(Volatile Organic Compounds)에 노출되면 상기 휘발성 유기 화합물과 상기 페로브스카이트의 반응에 의해 상기 검출부의 색변화 또는 형광변화가 발생하여 상기 휘발성 유기 화합물의 유무를 확인할 수 있는,
변색 센서.
Fe lobe having the structure of CH 3 NH 3 PbI 3 Sky agent (perovskite) compound; And
And a detection unit including the perovskite compound
Wherein the detector detects a change in color or fluorescence of the detection unit due to the reaction between the volatile organic compound and the perovskite when the detection unit is exposed to volatile organic compounds,
Discoloration sensor.
제1항에 있어서,
상기 휘발성 유기 화합물은 피리딘(pyridine)인 것을 특징으로 하는,
변색 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the volatile organic compound is pyridine.
Discoloration sensor.
제1항에 있어서,
상기 검출부는 박막 형태인 페로브스카이트 필름인 것을 특징으로 하는,
변색 센서.
The method according to claim 1,
Characterized in that the detector is a perovskite film in the form of a thin film,
Discoloration sensor.
제3항에 있어서,
상기 페로브스카이트 필름은 두께가 200 nm 내지 400 nm인 것을 특징으로 하는,
변색 센서.
The method of claim 3,
Wherein the perovskite film has a thickness of 200 nm to 400 nm.
Discoloration sensor.
제3항에 있어서,
상기 페로브스카이트 필름은 5 μm 이하의 균일한 결정 도메인을 가진 것을 특징으로 하는,
변색 센서.
The method of claim 3,
Wherein the perovskite film has a uniform crystal domain of 5 mu m or less.
Discoloration sensor.
제1항에 있어서,
상기 변화는 가시적인 변화인 것을 특징으로 하는,
변색 센서.
The method according to claim 1,
Characterized in that the change is a visible change.
Discoloration sensor.
제2항에 있어서,
피리딘에 노출되면, 상기 검출부가 5 초 이내에 암갈색에서 투명하게 변화하는 것을 특징으로 하는,
변색 센서.
3. The method of claim 2,
And the detection part changes transparently in a dark brown color within 5 seconds when exposed to pyridine.
Discoloration sensor.
제7항에 있어서,
피리딘에 노출되었다가 피리딘이 제거되면, 상기 검출부가 10 초 이내에 암갈색으로 변화를 하는 것을 특징으로 하는,
변색 센서.
8. The method of claim 7,
Wherein when the pyridine is removed after pyridine exposure, the detector changes to a dark brown color within 10 seconds.
Discoloration sensor.
제1항에 있어서,
상기 반응은 가역적인 반응인 것을 특징으로 하는,
변색 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the reaction is a reversible reaction.
Discoloration sensor.
제2항에 있어서,
피리딘과 반응하여, 상기 검출부의 흡광도 및 형광 세기 중에서 적어도 하나 이상이 가역적으로 변화하는 것을 특징으로 하는,
변색 센서.
3. The method of claim 2,
Wherein at least one of the absorbance and the fluorescence intensity of the detection unit is reversibly changed by reacting with pyridine,
Discoloration sensor.
제10항에 있어서,
상기 흡광도 변화는, 450 nm 내지 800 nm 파장대에서 흡광도가 가역적으로 변화하는 것을 특징으로 하는,
변색 센서.
11. The method of claim 10,
Wherein the absorbance change reversibly changes the absorbance at a wavelength range of 450 nm to 800 nm.
Discoloration sensor.
제10항에 있어서,
상기 형광 세기 변화는, 780 nm 파장대에서 형광 세기가 가역적으로 변화하는 것을 특징으로 하는,
변색 센서
11. The method of claim 10,
Wherein the fluorescence intensity change reversibly changes the fluorescence intensity at a wavelength band of 780 nm.
Discoloration sensor
기판 및 CH3NH3PbI3 전구체를 준비하는 단계;
상기 기판 상에 상기 CH3NH3PbI3 전구체를 블레이드 코팅기(blade-coater)로 블레이드 코팅(blade-coating)하여 습윤 필름을 형성하는 단계;
상기 습윤 필름을 건조하여 건조된 필름을 형성하는 단계; 및
상기 건조된 필름을 어닐링(annealing)하는 단계;를 포함하는 휘발성 유기 화합물을 검출하기 위한,
변색 센서 제조 방법.
Preparing a substrate and CH 3 NH 3 PbI 3 precursor;
The step of CH 3 NH 3 PbI coating blade (blade-coating) a third precursor into a blade coater (blade-coater) onto the substrate to form a wet film;
Drying the wet film to form a dried film; And
And annealing the dried film to detect a volatile organic compound,
A method of manufacturing a discoloration sensor.
제13항에 있어서,
상기 블레이드 코팅기와 상기 기판 사이의 간격을 10 ㎛로 하고, 15 mm/s의 코팅 속도로 블레이드 코팅하는 것을 특징으로 하는,
변색 센서 제조 방법.
14. The method of claim 13,
Characterized in that the distance between the blade coater and the substrate is 10 占 퐉 and the blade coating is carried out at a coating speed of 15 mm /
A method of manufacturing a discoloration sensor.
제13항에 있어서,
상기 건조된 필름을 100 ℃에서 15 분 동안 어닐링하는 것을 특징으로 하는,
변색 센서 제조 방법.
14. The method of claim 13,
Characterized in that the dried film is annealed at 100 DEG C for 15 minutes.
A method of manufacturing a discoloration sensor.
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