KR20190001729A - Hydrogen sensor using paladium-carbon nanotube and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a hydrogen gas detection sensor and, more specifically, the present invention provides a hydrogen gas detection sensor and a manufacturing method thereof, wherein the sensor is manufactured with a tape casing and dispersion liquid drop method to provide excellent reproduction, and a palladium-carbon nanotube nanocomposite is contained in a detection unit to provide excellent sensitivity, selectivity, and stability.

Description

팔라듐-탄소나노튜브 나노복합체를 이용한 수소 감지용 센서 및 이의 제조방법{Hydrogen sensor using paladium-carbon nanotube and manufacturing method thereof}Technical Field [0001] The present invention relates to a sensor for detecting hydrogen using a palladium-carbon nanotube nanocomposite and a method for manufacturing the same.

본 발명은 팔라듐-탄소나노튜브 나노복합체를 포함하는 오일 속 수소를 감지하기 위한 센서이다. The present invention relates to a sensor for sensing hydrogen in an oil containing a palladium-carbon nanotube nanocomposite.

오일은 연료뿐만 아니라 변압기, 전압조정기, 축전기 등 전력장치에 사용되는 절연유나 기기의 운동부에서 마찰감소를 위해 윤활유 등 다양하게 이용되고 있다. 오일이 사용되는 장치나 기기 등에서는 대부분 열이 발생하게 되고 이로 인해 장치나 기기를 이루는 여러 재료에서 열에 의한 분해에 의해 발생하는 다양한 물질이 오일에 용해되게 된다. Oil is used not only for fuel but also for various purposes such as insulating oil used in power devices such as transformers, voltage regulators, capacitors, and lubricants for reducing friction in the moving parts of devices. Most of the heat is generated in the apparatus or equipment in which the oil is used, so that various materials generated by thermal decomposition in various materials constituting the apparatus or the apparatus are dissolved in the oil.

특히 유압기기 중 변압기 등과 같은 전력장치는 고온, 고압의 환경에 노출되는 경우가 많아 여기에 사용되는 절연유에는 고체 불순물뿐만 아니라 여러 가스가 녹아들게 되는데, 절연유 속에 함유된 가스의 함량은 장치 및 기기의 상태를 측정하는데 기준이 될 수 있다. Especially, power devices such as transformers among hydraulic devices are often exposed to high-temperature and high-pressure environments. In this case, not only solid impurities but also various gases are melted in the dielectric oil used. It can be a reference for measuring the state.

오일에 용해되는 불순물 중에서 가스의 종류로는 수소, 이산화탄소, 일산화탄소, 탄화수소 가스 등 다양한데 주로 이들을 검출은 장치나 기기내부 오일을 채취하여 분석하는 방법이 사용되어왔다. Among the impurities dissolved in the oil, there are various kinds of gases such as hydrogen, carbon dioxide, carbon monoxide and hydrocarbon gas.

최근에는 온라인 진단이나 오일내에 직접 센서를 도입하여 실시간으로 가스발생을 검출하는 방법을 적용하려는 연구가 이루어지고 있고, 세라믹을 기반으로 한 막이나 한국 등록특허 제10-1079931호와 같이 탄소나노튜브를 포함하는 센서를 통한 시도가 활발하다.In recent years, studies have been made to apply a method of detecting gas generation in real time by introducing a sensor directly into an on-line diagnosis or an oil, and a membrane based on ceramics or a carbon nanotube such as Korean Patent No. 10-1079931 Attempts through the included sensors are active.

탄소나노튜브의 경우 부피에 비해 높은 표면적, 낮은 밀도를 가지는 특징 및 다양한 가스에 대한 민감도가 높아 다양한 가스 검출 센서의 개발에 이용될 것으로 기대된다. 그러나, 순수한 탄소나노튜브는 수소와 반응성이 거의 없으며 탄소나노튜브는 반도체적 성질과 금속성을 지닌 탄소나노튜브가 함께 혼재된 상태로 제조되고 있어 민감도와 반응성이 낮은 문제가 존재한다. 그리고 탄소나노튜브를 포함하는 센서는 오일 속에서 사용되는 경우 오일의 수분증가, 산패 등 다양한 불순물의 유입 등에 의해 오염될 수 있고 불순물 중에서 검출하고자 하는 특정 가스의 선택성 또한 만족스럽지 못한 경우가 대부분이다. 또한 탄소나노튜브를 포함하는 센서의 감지 부분이 균일하게 제조되기 어려워 반응성 및 측정값이 일정하게 나타나지 않는 문제가 있다. Carbon nanotubes are expected to be used in the development of various gas detection sensors because of their high surface area, low density, and high sensitivity to various gases. However, pure carbon nanotubes have little reactivity with hydrogen, and carbon nanotubes are manufactured in a state in which carbon nanotubes having both semiconducting properties and metallic properties are mixed together, so that sensitivity and reactivity are low. When a sensor including carbon nanotubes is used in an oil, the sensor may be contaminated by moisture increase of oil, infiltration of various impurities such as rust and the like, and selectivity of a specific gas to be detected among impurities is often unsatisfactory. Further, there is a problem that the sensing part of the sensor including the carbon nanotubes is difficult to be uniformly produced, and the reactivity and the measured value are not constant.

이러한 문제점들에 대한 대안으로 탄소나노튜브의 표면 개질이나 나노금속입자의 혼합 등 여러 시도가 이루어지고 있으나, 기존의 방법이나 센서에 비해 시간적, 경제적으로 대안이 될 수 있을만한 센서의 개발은 미흡한 실정이다. As an alternative to these problems, various attempts have been made such as surface modification of carbon nanotubes and mixing of nano metal particles. However, development of a sensor that can be an alternative in terms of time and cost as compared with existing methods and sensors is insufficient to be.

대한민국 등록특허 제10-1079931호Korean Patent No. 10-1079931

본 발명은 유압기기 및 장치의 오일 속 가스 검출을 위한 센서의 문제점을 인식하고 오일 속에 직접 센서를 도입하여 수소를 선택적으로 감지할 수 있는 센서로서, 팔라듐-탄소나노튜브 나노복합체를 기반으로 하는 수소 감지용 나노 센서를 제공하는데 목적이 있다. The present invention recognizes the problem of a sensor for detecting oil gas in a hydraulic device and a device, and is a sensor capable of selectively sensing hydrogen by introducing a sensor directly into the oil. The sensor detects hydrogen that is based on a palladium-carbon nanotube nanocomposite And to provide a nanosensor for sensing.

본 발명은 기판상에 형성된 제1전극 및 제2전극 및, 제1전극 및 제2전극에 접하는 가스 감지부를 포함하고, 가스 감지부는 탄소나노튜브 및 팔라듐 나노입자를 포함하는 나노복합체가 포함된 수소 가스 감지용 센서를 제공한다. The present invention provides a gas sensor comprising a first electrode and a second electrode formed on a substrate, and a gas sensing part contacting the first and second electrodes, wherein the gas sensing part comprises a nanocomposite including carbon nanotubes and palladium nanoparticles, A gas sensing sensor is provided.

기판상에 제1전극 및 제2전극을 형성하는 단계, 탄소나노튜브 분산액 및 팔라듐 나노입자 분산액 드롭을 위해 구멍이 형성된 테이프를 상기 기판상의 제1전극 및 제2전극이 영역이 포함되도록 접착시키는 단계, 접착된 테이프의 구멍에 탄소나노튜브 분산액을 드롭하고 건조하는 단계, 탄소나노튜브 분산액 건조 후 팔라듐 나노입자 분산액을 드롭하고 건조하는 단계, 팔라듐 나노입자 분산액 건조 후 탄소나노튜브 분산액을 드롭하고 건조하는 단계 및 상기 테이프를 제거하는 단계를 포함하는 수소 가스 감지용 센서의 제조방법을 제공한다.Forming a first electrode and a second electrode on the substrate; bonding the apertured tape to the carbon nanotube dispersion and the palladium nanoparticle dispersion drop so that the first electrode and the second electrode on the substrate include the region; Dropping the carbon nanotube dispersion in a hole of the bonded tape and drying it, dropping and drying the dispersion of palladium nanoparticles after drying the dispersion of carbon nanotubes, drying the dispersion of palladium nanoparticles, dropping the carbon nanotube dispersion and drying And removing the tape. The present invention also provides a method of manufacturing a sensor for sensing a hydrogen gas.

본 발명에 따르면 탄소나노튜브와 팔라듐 나노입자를 포함하는 나노복합체를 기반으로 가스감지부를 형성하여 오일 속에서 발생하는 가스 중 수소 가스에 대한 선택성, 민감도 및 안정성를 향상시킬 수 있다. According to the present invention, a gas sensing part may be formed based on a nanocomposite including carbon nanotubes and palladium nanoparticles to improve selectivity, sensitivity, and stability of hydrogen gas generated in the oil.

본 발명의 수소 가스 감지용 센서는 오일 속에 직접 설치하여 오일 속에서 발생하는 가스 중 특히 수소 가스의 발생을 실시간으로 측정할 수 있고, 이를 통해 유압기기 및 장치의 운전 조절과 내부 이상 현상의 유무를 즉시 확인하는데 활용할 수 있다. The sensor for detecting a hydrogen gas according to the present invention can be installed directly in an oil to measure the generation of hydrogen gas, especially hydrogen gas, in real time, thereby controlling the operation of the hydraulic device and the apparatus, It can be utilized for immediate confirmation.

도 1은 팔라듐-탄소나노튜브 나노복합체 기반의 수소 가스 감지용 센서의 개념도이다.
도 2는 팔라튬-탄소나노튜브 나노복합체의 표면 SEM(scanning electron microscope) 사진이다.
도 3은 알루미나 기판을 사용한 전극 구성도로, 이빔(E-beam) 증착법으로 기판상에 전극을 형성한 후, 팔라듐나노입자 분산액 및 탄소나노튜브 분산액의 드롭 및 건조를 통해 전극 및 기판상에 나노복합체로 형성된 가스 감지부(음영 부분)를 보여준다.
도 4는 공기 중 수소 가스를 감지하기 위한 측정 장치를 보여준다.
도 5는 공기 중에서 수소 농도 변화에 따른 수소 가스 감지용 센서의 감응 변화를 보여준다.
도 6은 절연유 중 수소 가스를 감지하기 위한 측정 장치를 보여준다.
도 7은 절연유 중에서 수소 농도 변화에 따른 수소 가스 감지용 센서의 감응 변화를 보여준다.
도 8은 절연유 중에서 탄화수소 가스 투입에 따른 수소 가스 감지용 센서의 감응 변화를 보여준다.
도 9는 USB를 개조하여 사용한 수소 감지용 나노 센서를 나타낸 것으로 (a)는 일반 USB및 연결된 커넥터(전극크기 : 10x4.4mm)의 예시이고 이고, (b)는 마이크로 USB 의 커넥터(전극크기 : 10x3.6mm)에 연결된 형태의 수소 감지용 나노 센서를 나타낸다.1 is a conceptual diagram of a hydrogen gas sensing sensor based on a palladium-carbon nanotube nanocomposite.
2 is a scanning electron microscope (SEM) photograph of a palladium-carbon nanotube nanocomposite.
FIG. 3 is a graph showing the results of measurement of the electric field strength of the electrode and the nanocomposite on the substrate by dropping and drying the dispersion of the palladium nanoparticles and the carbon nanotube dispersion, after forming electrodes on the substrate by E-beam vapor deposition using an alumina substrate, (Shaded portion) formed by the gas sensor.
4 shows a measuring device for sensing hydrogen gas in the air.
FIG. 5 shows the change in the sensitivity of the sensor for sensing hydrogen gas according to the change in hydrogen concentration in air.
6 shows a measuring device for sensing hydrogen gas in insulating oil.
FIG. 7 shows the change in the sensitivity of the sensor for sensing hydrogen gas according to the hydrogen concentration change in the insulating oil.
8 shows a change in the response of the sensor for sensing hydrogen gas according to the introduction of hydrocarbon gas in insulating oil.
9A and 9B illustrate a nanosensor for hydrogen sensing using a USB according to an embodiment of the present invention. FIG. 9A illustrates an example of a general USB and a connector (electrode size: 10x4.4 mm) 10 x 3.6 mm).

이하에서 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 발명에 대한 설명 및 도면에서는 발명의 요지를 흐릴 수 있는 공지의 내용은 기재를 생략할 수 있고, 본 발명을 이해를 돕기 위해 도면에서 구성의 일부는 과장 또는 생략될 수 있으며, 본 명세서 따로 정의하지 않는 용어에 대하여는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해할 수 있는 의미로 해석되어야 할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in detail. In order to facilitate understanding of the present invention, some of the constituent elements in the drawings may be exaggerated or omitted, and in the description of the present invention, The terms that are not used in the present invention should be construed in a general sense to those having ordinary skill in the art to which the present invention belongs.

본 발명은 수소 가스 감지용 센서에 관한 것으로 오일 속에 도입되어 오일 속에서 발생하는 가스 중 수소 가스를 선택적으로 감지할 수 있다. The present invention relates to a sensor for sensing a hydrogen gas, which can be introduced into an oil to selectively detect hydrogen gas in a gas generated in the oil.

본 발명의 수소 감지용 센서는 기판상에 형성된 제1전극 및 제2전극 및, 제1전극 및 제2전극에 접하는 가스 감지부를 포함하고, 가스 감지부는 탄소나노튜브 및 팔라듐 나노입자를 포함하는 나노복합체가 포함된 수소 가스 감지용 센서이다.The sensor for hydrogen sensing according to the present invention includes a first electrode and a second electrode formed on a substrate, and a gas sensing part contacting with the first and second electrodes. The gas sensing part includes a carbon nanotube and a nano- It is a sensor for sensing hydrogen gas containing a complex.

본 발명에 따르면, 고온, 고압 등의 환경에 노출된 유압기기나 장치의 작동에 따라 오일 속에서 발생한 가스가 수소 가스 감지용 센서의 가스감지부에 접촉하게 되고, 가스감지부에 포함된 팔라듐-탄소나노튜브 나노복합체에 의해 수소 가스를 선택적으로 측정할 수 있다.According to the present invention, the gas generated in the oil comes into contact with the gas sensing part of the hydrogen gas sensing sensor according to the operation of the hydraulic machine or the device exposed to the environment such as high temperature and high pressure, and the palladium- Hydrogen gas can be selectively measured by the nanotube nanocomposite.

본 발명에서 기판은 절연성을 가지는 소재로 이루어진 것이면 크게 제한되지 않으며 고온, 강산성 환경에서 성질이 변하지 않는 것으로서 유리, 세라믹, 알루미나 또는 실리콘 웨이퍼 등이 바람직하다. In the present invention, the substrate is not limited as long as it is made of a material having an insulating property, and glass, ceramics, alumina or a silicon wafer is preferably used in which properties are not changed in a high temperature and strong acid environment.

본 발명에서 전극은 가스 감지부에 접하는 두 전극인 제1전극 및 제2전극으로 나타내며 각각은 음극 또는 양극으로 구분될 수 있고, 일반적으로 전극에 사용되는 금속 또는 소재면 제한되지 않으나 고온, 강산성 환경에서 성질이 변하지 않는 것으로서 티타늄, 백금, 이리듐, 금, 팔라듐 또는 이들을 합금이 바람직하다. In the present invention, an electrode is represented by a first electrode and a second electrode, which are two electrodes in contact with a gas sensing unit, and each electrode may be classified into a cathode or an anode. Generally, the metal or material used for the electrode is not limited, Titanium, platinum, iridium, gold, palladium, or an alloy thereof is preferable.

본 발명에서 전극은 인터디지탈 전극(interdigital electrode) 형태가 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다. 인터디지탈 전극의 경우, 전극 핑거(finger)의 폭은 10 내지 200㎛, 20 내지 200㎛, 바람직하게는 50 내지 150㎛이나 이에 제한되는 것은 아니다. 핑거의 간격은10 내지 150㎛, 20 내지 150㎛, 30 내지 150㎛, 40 내지 150㎛, 바람직하게는 50 내지 150㎛이나 이에 제한되는 것은 아니다. 핑거의 길이는 1 내지 5mm, 1 내지 4mm, 1 내지 3mm, 바람직하게는 2 내지 4mm이나 이에 제한되는 것은 아니다. In the present invention, the electrode is preferably in the form of an interdigital electrode, but is not limited thereto. In the case of an interdigital electrode, the electrode finger has a width of 10 to 200 mu m, 20 to 200 mu m, preferably 50 to 150 mu m, but is not limited thereto. The spacing of the fingers is not limited to 10 to 150 mu m, 20 to 150 mu m, 30 to 150 mu m, 40 to 150 mu m, preferably 50 to 150 mu m. The length of the finger is 1 to 5 mm, 1 to 4 mm, 1 to 3 mm, preferably 2 to 4 mm, but is not limited thereto.

본 발명에서 가스감지부는 팔라듐-탄소나노튜브를 포함하는 나노복합체로 형성될 수 있다. 팔라듐-탄소나노튜브를 포함하는 나노복합체는 탄소나노튜브와 팔라듐나노입자에 의해 형성되는 나노복합체를 의미하고, 탄소나노튜브 분산액과 팔라듐나노입자 분산액의 드롭 및 건조의 반복에 의해 형성할 수 있다. In the present invention, the gas sensing part may be formed of a nanocomposite including palladium-carbon nanotubes. The nanocomposite comprising palladium-carbon nanotubes means a nanocomposite formed by carbon nanotubes and palladium nanoparticles and can be formed by repeating dropping and drying of the carbon nanotube dispersion and the dispersion of palladium nanoparticles.

팔라듐나노입자가 탄소나노튜브의 사이에 위치한 샌드위치형의 다층구조로 형성될 수 있다(도 1 참조). 구체적으로, 먼저 탄소나노튜브 분산액을 전극 상에 드롭하여 건조하여 그물 구조의 탄소나노튜브 층을 형성한다. 이 후 탄소나노튜브 층 상에 팔라듐나노입자 분산액을 드롭한 후 건조하면 그물형 탄소나노튜브 층상에 팔라듐나노입자들 분산된 층이 형성되는데, 그물형 탄소나노튜브 층의 구조적 특징상 팔라듐나노입자들이 그물에 엉킨 형태로 효과적으로 고정될 수 있다. 팔라듐나노입자들이 탄소나노튜브 층상에 분산되어 고정된 후, 다시 탄소나노튜브 분산액을 한번 더 팔라듐나노입자들 상에 드롭하여 건조시킨다. 팔라듐나노입자 상에 드롭된 탄소나노튜브 분산액은 건조되고, 분산된 팔라듐나노입자 위에 그물형 탄소나노튜브 층이 다시 형성된다. 이 때, 분산된 팔라듐나노입자들 사이의 빈 공간마다 탄소나노튜브 분산액이 스며들어 건조되기 때문에 팔라듐나노입자들 사이에서 불규칙 또는 규칙적인 탄소나노튜브 그물구조가 형성되고 그물구조의 공간마다 팔라듐나노입자들이 더욱 강하게 고정될 수 있다. Palladium nanoparticles can be formed in a sandwich-type multilayer structure located between carbon nanotubes (see FIG. 1). Specifically, the carbon nanotube dispersion is first dropped on the electrode and dried to form a carbon nanotube layer having a net structure. After the dispersion of the palladium nanoparticles on the carbon nanotube layer is dropped, the dispersed layer of the palladium nanoparticles is formed on the net-like carbon nanotube layer. It can be effectively fixed in a tangled form in the net. After the palladium nanoparticles are dispersed and fixed on the carbon nanotube layer, the carbon nanotube dispersion is once again dropped on the palladium nanoparticles and dried. The carbon nanotube dispersion dropped on the palladium nanoparticles is dried, and the net-like carbon nanotube layer is formed again on the dispersed palladium nanoparticles. In this case, since the carbon nanotube dispersion liquid seeps and dries in each void space between the dispersed palladium nanoparticles, irregular or regular carbon nanotube network structures are formed between the palladium nanoparticles, and palladium nanoparticles Can be fixed more strongly.

도 1 및2를 참조하여 설명하면, 나노복합체는 탄소나노튜브 층/분산된 팔라듐나노입자 층/탄소나노튜브 층으로 샌드위치형태의 다층구조가 형성되고, 탄소나노튜브 층 사이에서 탄소나노튜브가 형성한 그물구조(망상구조)에 의해 팔라듐나노입자가 포집(entrap)된다. 이러한 나노복합체 구조는 탄소나노튜브 분산액을 드롭 후 건조하고, 팔라듐나노입자 분산액을 드롭 후 건조한 후, 한번 더 탄소나노튜브 분산액을 드롭 후 건조하여 형성할 수 있다. 1 and 2, the nanocomposite includes a carbon nanotube layer / a dispersed palladium nanoparticle layer / a carbon nanotube layer, a sandwich multilayer structure is formed, and a carbon nanotube is formed between the carbon nanotube layers Palladium nanoparticles are trapped by a net structure (network structure). The nanocomposite structure can be formed by dropping the carbon nanotube dispersion, drying the dispersion, dropping the dispersion of palladium nanoparticles, drying the dispersion, dropping the carbon nanotube dispersion once more, and drying.

본 발명의 나노복합체는 팔라듐나노입자를 효과적으로 고정할 수 있어 기기의 작동에 따른 오일 온도 상승, 압력 상승, 산성 증가, 불순물 발생 등 오일 환경의 극심한 변화에서도 나노입자의 이탈을 효과적으로 방지할 수 있다. 이러한 특징은 본 발명의 나노복합체로 형성한 가스감지부의 민감도, 수소 선택성, 물리·화학적 안정성을 현저히 향상시킬 수 있다. The nanocomposite of the present invention can effectively fix the palladium nanoparticles and effectively prevent the nanoparticles from escaping even in extreme changes of the oil environment such as oil temperature rise, pressure rise, acidity increase, impurities generation according to the operation of the apparatus. This feature can significantly improve the sensitivity, hydrogen selectivity, and physical / chemical stability of the gas sensing part formed of the nanocomposite of the present invention.

본 발명에서 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브인 것이 바람직하다. 탄소나노튜브는 구조에 따라 단일벽 탄소나노튜브와 다층벽 탄소나노튜브로 구분될 수 있고, 성질에 따라 금속성 탄소나노튜브와 반도체성 탄소나노튜브로 구분될 수 있다. 탄소나노튜브 제조시 탄소나노튜브는 금속성과 반도체성을 모두 지니고 있는데, 금속성이 강한 경우 기체 감응성이 떨어져 가스 검출용 센서에 적합하지 않을 수 있다. 단일벽 탄소나노튜브는 반도체성 성질이 강하여 기체 감응성이 높아, 팔라듐 나노입자와 나노복합체를 형성하였을 때 보다 효율적으로 수소를 감지하는데 이용할 수 있다. In the present invention, the carbon nanotubes are preferably single wall carbon nanotubes. The carbon nanotubes can be classified into a single-walled carbon nanotube and a multi-walled carbon nanotube according to their structure, and they can be classified into metallic carbon nanotubes and semiconducting carbon nanotubes according to their properties. Carbon nanotubes have both metallic and semiconducting properties in the manufacture of carbon nanotubes. When the metallic nanotubes are strong, they may not be gas sensitive and may not be suitable for gas detection sensors. Single-walled carbon nanotubes have strong semiconducting properties and are highly sensitive to gases, and can be used to detect hydrogen more efficiently when forming nanocomposites with palladium nanoparticles.

본 발명에서 탄소나노튜브의 평균 직경은 0.1 내지 10 nm, 바람직하게는 0.5 내지 5nm 더 바람직하게는 1 내지 2 nm이고, 길이는 50 내지 5,000 nm, 바람직하게는 100 내지 4,000 nm이나 이에 제한되는 것은 아니다. 단일벽 탄소나노튜브의 함량은 분산액 대비 0.001 내지 1wt%, 바람직하게는 0.01 내지 0.1wt%이나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 범위를 만족하는 단일벽 탄소나노튜브 및 단일벽 탄소나노튜브 분산액으로 나노복합체를 형성하면 저항이 지나치게 커지는 것을 방지하며 적당한 감도를 가진 가스감지부를 형성할 수 있다.In the present invention, the average diameter of carbon nanotubes is 0.1 to 10 nm, preferably 0.5 to 5 nm, more preferably 1 to 2 nm, and the length is 50 to 5,000 nm, preferably 100 to 4,000 nm, no. The content of the single-walled carbon nanotubes is not limited to 0.001 to 1 wt%, preferably 0.01 to 0.1 wt%, relative to the dispersion. When the nanocomposite is formed of the single-walled carbon nanotube and single-walled carbon nanotube dispersion satisfying the above-mentioned range, it is possible to prevent the resistance from being excessively increased and to form a gas sensing part having appropriate sensitivity.

본 발명에서 팔라듐나노입자의 입경은 1 내지 50 nm, 5 내지 50 nm, 10 내지 50 nm, 15 내지 50 nm, 20 내지 50 nm, 1 내지 40 nm, 5 내지 40 nm, 10 내지 40 nm, 15 내지 40 nm, 20 내지 40 nm, 1 내지 30 nm, 5 내지 30 nm, 10 내지 30 nm, 15 내지 30 nm, 바람직하게는 20 내지 30 nm이나 이에 제한되는 것은 아니다. 팔라듐 나노입자는 분산액 대비 0.001 내지 1%, 바람직하게는 0.01 내지 0.1wt%이나 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 범위를 만족하는 팔라듐나노입자 및 팔라듐나노입자 분산액으로 나노복합체를 형성하면 팔라듐나노입자가 효과적으로 탄소나노튜브에 의해 포집될 수 있다.In the present invention, the particle size of the palladium nanoparticles is 1 to 50 nm, 5 to 50 nm, 10 to 50 nm, 15 to 50 nm, 20 to 50 nm, 1 to 40 nm, 5 to 40 nm, To 40 nm, 20 to 40 nm, 1 to 30 nm, 5 to 30 nm, 10 to 30 nm, 15 to 30 nm, preferably 20 to 30 nm. The palladium nanoparticles are not limited to 0.001 to 1%, preferably 0.01 to 0.1% by weight based on the dispersion. When the nanocomposite is formed by the dispersion of the palladium nanoparticles and the palladium nanoparticles satisfying the above range, the palladium nanoparticles can be effectively collected by the carbon nanotubes.

본 발명에서 탄소나노튜브 분산액 제조용 용매로는 메탄올, 아세톤, 클로로포름, 메틸피롤리딘, 디메틸포름아마이드, 디클로로벤젠, 디클로로에탄, 이소프로필알콜 등이 사용되고, 바람직하게는 디클로로벤젠 또는 메틸피롤리딘이나 이에 제한되는 것은 아니다.As the solvent for preparing the carbon nanotube dispersion in the present invention, methanol, acetone, chloroform, methylpyrrolidine, dimethylformamide, dichlorobenzene, dichloroethane, isopropyl alcohol and the like are preferably used. Dichlorobenzene or methylpyrrolidine But is not limited thereto.

본 발명의 수소 가스 감지용 센서에 대하여 도 3을 참고하여 보다 구체적으로 설명한다. The hydrogen gas sensing sensor of the present invention will be described in more detail with reference to FIG.

본 발명의 수소 가스 감지용 나노 센서(100)는 제1전극(110), 제2전극(120), 가스 감지부(130) 및 기판(140)을 포함한다. The hydrogen gas sensing nanosensor 100 of the present invention includes a first electrode 110, a second electrode 120, a gas sensing unit 130, and a substrate 140.

본 발명은 상기 구성을 포함한 수소 가스 감지용 나노 센서에 제1전극(110) 및 제2전극(120)과 접하는 커넥터를 더 포함할 수 있다. 본 발명에서 커넥터(connector)는 전자기기 또는 전선을 전기적으로 연결하기 위해 사용되는 접속 기구를 포괄적으로 의미한다. 본 발명 나노 센서의 전극 연결에 적합한 커넥터라면 상용되어 보급되는 것을 사용할 수 있고 나노 센서의 크기 및 모양에 따라서 커넥터를 개조하거나 직접 제조하여 사용할 수 있으며, 나노 센서의 크기, 모양 및 전극의 형태를 커넥터에 적합하게 제조할 수도 있다.The present invention may further include a connector for contacting the first electrode 110 and the second electrode 120 in the hydrogen sensor for sensing hydrogen gas. In the present invention, a connector generally means an electronic apparatus or a connection mechanism used for electrically connecting electric wires. The present invention can be applied to any connector suitable for electrode connection of the nano-sensor. The connector can be modified or manufactured according to the size and shape of the nano-sensor, and the size, shape, Or the like.

커넥터는 전극 연결을 위해 포함되는 것으로 금속 전극에 직접 전극을 연결하기 위해 일반적으로 이용되는 고분자나 금속을 이용한 땜질이나 이와 유사한 접합 또는 연결방식을 사용하지 않을 수 있다. 특히 납땜의 경우 납땜시 사용하는 플럭스(flux)나 페이스트(paste)에 의해 본 발명과 같이 전극의 크기가 매우 작은 경우 감지부(130) 부분이 손상 또는 오염되기 쉬워 가스 감지의 선택성, 민감성 및 재현성이 현저히 감소될 수 있다. 그러나 본 발명과 같이 커넥터를 이용하여 이와 같은 손상 등을 방지할 수 있으며 센서가 불량하거나 고장 또는 수명이 다하여 교체가 필요한 경우 교체가 용이하다. 또한 USB 커넥터와 연결시켜 다양한 전자기기를 통한 데이터 변환 및 전송도 가능하다. 마이크로USB 커넥터와 제1전극(110), 제2전극(120)을 연결시킨 센서를 제조할 수 있고, 센서의 모양, 크기, 용도 등에 따라 적합한 커넥터와 연결시켜 제조할 수 있다(도 9(b)). The connector is included for electrode connection and may not use the commonly used polymer or metal brazing or similar bonding or connection methods to connect the electrodes directly to the metal electrodes. Particularly, when the size of the electrode is very small as in the present invention due to flux or paste used for soldering in the soldering, the portion of the sensing portion 130 is easily damaged or contaminated, so that the selectivity, sensitivity and reproducibility Can be significantly reduced. However, such damage can be prevented by using the connector as in the present invention, and replacement is easy when the sensor is defective, has a failure or has a long life and needs to be replaced. In addition, it is possible to convert and transmit data through various electronic devices by connecting with a USB connector. A sensor in which the micro USB connector is connected to the first electrode 110 and the second electrode 120 can be manufactured and connected to a connector suitable for the shape, size, use, and the like of the sensor, )).

제1전극(110) 및 제2전극(120)은 기판상에 형성되어 이들 중 한 쪽은 음극으로 사용되고 다른 한 쪽은 양극으로 사용될 수 있고 전극으로 사용될 수 있는 소재이면 제한되지 않는다. The first electrode 110 and the second electrode 120 may be formed on a substrate, one of them may be used as a cathode, the other may be used as an anode, and any material may be used as an electrode.

제1전극(110) 및 제2전극(120)은 전압이 인가될 수 있고 이들의 사이 및 이들의 일부는 탄소나노튜브를 포함하는 감지부(130)와 접하게 된다. 제1전극(110) 및 제2전극(120)은 전극 연결을 위해 일반적인 납땜 방법을 이용할 수 있으나, 본 발명에서는 커넥터와의 결합을 통해 납땜과 같은 접합 방법에 따른 감지부(130)의 손상이나 오염을 방지하고 센서의 교체를 용이하게 할 수 있다. The first electrode 110 and the second electrode 120 may be applied with a voltage, and a portion of the first electrode 110 and the second electrode 120 may contact the sensing unit 130 including the carbon nanotubes. The first electrode 110 and the second electrode 120 may be generally soldered for electrode connection. However, in the present invention, damage to the sensing unit 130 due to a bonding method such as soldering, It is possible to prevent contamination and to easily replace the sensor.

감지부(130)는 기판(140)상에 제1전극(110) 및 제2전극(120)과 접하여 형성되며 팔라듐-탄소나노튜브 나노복합체를 포함한다. The sensing unit 130 is formed on the substrate 140 in contact with the first electrode 110 and the second electrode 120 and includes a palladium-carbon nanotube nanocomposite.

감지부(130)는 탄소나노튜브 분산액 및 팔라듐나노입자 분산액을 테이프 캐스팅 및 드롭 방식으로 형성하고, 감지부 전체에서 균일하게 수소 가스를 감지할 수 있어 재현성이 우수하다. The sensing unit 130 can form a dispersion of carbon nanotubes and a dispersion of palladium nanoparticles by a tape casting and drop method, and can sense the hydrogen gas uniformly throughout the sensing unit, and is excellent in reproducibility.

기판(140)은 제1전극(110) 및 제2전극(120)이 형성되고 감지부(130)와 접하는 부분으로 절연성의 재료에 해당하는 것이면 크게 제한되지 않으며 고온, 고압, 산성 조건에서 안정한 것이 바람직하다. The substrate 140 is not limited insofar as the first electrode 110 and the second electrode 120 are formed and is in contact with the sensing unit 130. The substrate 140 is not limited as long as it is an insulating material and is stable under high temperature, desirable.

본 발명의 수소 가스 감지용 센서는 기판상에 제1전극 및 제2전극을 형성하는 단계, 탄소나노튜브 분산액 및 팔라듐 나노입자 분산액 드롭을 위해 구멍이 형성된 테이프를 상기 기판상의 제1전극 및 제2전극이 영역이 포함되도록 접착시키는 단계, 접착된 테이프의 구멍에 탄소나노튜브 분산액을 드롭하고 건조하는 단계, 탄소나노튜브 분산액 건조 후 팔라듐 나노입자 분산액을 드롭하고 건조하는 단계, 팔라듐 나노입자 분산액 건조 후 탄소나노튜브 분산액을 드롭하고 건조하는 단계 및 상기 테이프를 제거하는 단계에 따라 제조할 수 있다.The sensor for hydrogen gas sensing of the present invention comprises the steps of forming a first electrode and a second electrode on a substrate, forming a hole with a hole for dropping the carbon nanotube dispersion and the palladium nanoparticle dispersion on a first electrode and a second electrode Dropping the carbon nanotube dispersion in a hole of the bonded tape and drying the same; dropping and drying the dispersion of the palladium nanoparticles after drying the carbon nanotube dispersion; drying the dispersion of the palladium nanoparticles Dropping and drying the carbon nanotube dispersion, and removing the tape.

상기 제조방법에 제1전극 및 제2전극에 접하는 커넥터를 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다. The manufacturing method may further include connecting a first electrode and a second electrode to the second electrode.

본 발명의 제조방법에서 전극의 형성 방법은 증착, 코팅, 스크리닝, 패터닝 등 여러 공지의 방법을 이용하여 형성할 수 있으며, 본 발명에 따른 수소 가스 감지용 나노센서의 제조에 적합한 전극을 형성할 수 있는 방법이라면 크게 제한되지 않는다. 본 발명의 일 실시예에서는 증착 공정을 통해 기판상에 백금전극을 형성하였다. In the manufacturing method of the present invention, the electrode can be formed by various known methods such as vapor deposition, coating, screening, patterning, etc., and an electrode suitable for manufacturing a hydrogen gas sensing nanosensor according to the present invention can be formed There is no limit to the way it is. In one embodiment of the present invention, a platinum electrode was formed on a substrate through a deposition process.

본 발명에서 팔라듐나노입자 분산액 및 탄소나노튜브 분산액은 공지의 방법에 따라 적합한 용매에 탄소나노튜브를 분산 또는 분쇄시켜 제조할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 디클로로벤젠에 탄소나노튜브를 첨가하여 초음파세척기를 이용하여 탄소나노튜브 분산액을 제조할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.In the present invention, the dispersion of palladium nanoparticles and the dispersion of carbon nanotubes can be prepared by dispersing or pulverizing carbon nanotubes in a suitable solvent according to a known method. According to an embodiment of the present invention, a carbon nanotube dispersion may be prepared by adding carbon nanotubes to dichlorobenzene and using an ultrasonic washing machine, but the present invention is not limited thereto.

본 발명의 제조방법에서 가스 감지부 형성은 테이프 캐스팅(tape casting) 방법을 이용하여 팔라듐나노입자 및 탄소나노튜브 분산액을 드롭하여 제조할 수 있으나 이에 제한되지 않는다. 본 발명에서 테이프 캐스팅이란 테이프에 구멍을 형성하고, 구멍이 형성된 테이프를 접착시킨 후 구멍을 통해 원하는 영역에 균일한 감지부를 형성하는 방법을 의미한다. 테이프 캐스팅에 사용되는 테이프는 접착성을 가진 필름 형태인 것을 사용할 수 있고 테이프 캐스팅 과정에서 건조 조건에 따라 적합한 테이프를 사용하는 것이 바람직하다. In the manufacturing method of the present invention, the gas sensing part can be manufactured by dropping the palladium nanoparticles and the carbon nanotube dispersion using a tape casting method, but not limited thereto. In the present invention, tape casting refers to a method of forming a hole in a tape, bonding a hole-formed tape, and then forming a uniform sensing portion in a desired region through the hole. The tape used for the tape casting may be a film having an adhesive property, and it is preferable to use a suitable tape according to the drying conditions in the tape casting process.

구체적으로 테이프 캐스팅은 감지부 형성을 위해 구멍을 형성한 테이프를 기판 및 전극상에 감지부를 형성할 곳에 구멍을 위치시켜 접착시킨다. 테이프 접착 후 팔라듐나노입자 분산액 및 탄소나노튜브 분산액을 드롭하여 테이프에 형성된 구멍 부분에 가스 감지부를 형성하고 건조시킨 후 테이프를 제거한다. 테이프 캐스팅은 테이프에 구멍이 형성되어 있어 감지부를 형성하기 위한 영역을 지정할 수 있고 여기에 분산액을 드롭시키는 경우 지정된 영역 전체에 균일한 감지부를 형성할 수 있어 센서의 재현성이 매우 우수하다. 또한, 방법이 간단하고 재료도 저렴하며 경제적이다. Specifically, tape casting places a hole forming a hole for forming a sensing portion on a substrate and an electrode by positioning a hole to form a sensing portion. After the tape is adhered, the palladium nanoparticle dispersion and the carbon nanotube dispersion are dropped to form a gas sensing part in the hole formed in the tape, followed by drying and removing the tape. In the tape casting, a hole is formed in the tape to designate a region for forming the sensing portion, and when the dispersion is dropped, a uniform sensing portion can be formed over the entire designated region, and the reproducibility of the sensor is excellent. Also, the method is simple, the material is inexpensive and economical.

본 발명에서 탄소나노튜브 분산액 드롭 후 가스 감지부 형성을 위한 건조는 50 내지 70℃에서 실시하는 것이 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다. 테이프 캐스팅에 사용된 테이프의 종류 또는 성분, 팔라듐나노입자 분산액 및 탄소나노튜브 분산액의 농도 또는 포함된 성분에 따라 조절될 수 있다. In the present invention, the drying for forming the gas sensing part after dropping the dispersion of carbon nanotubes is preferably performed at 50 to 70 ° C, but is not limited thereto. The type or composition of the tape used in the tape casting, the concentration of the palladium nanoparticle dispersion, and the concentration or the contained components of the carbon nanotube dispersion.

본 발명의 수소 가스 감지용 나노 센서의 제조방법에 대하여 도 1, 2 및 3을 참고하여 보다 구체적으로 설명한다.A method of manufacturing a hydrogen gas sensing nanosensor of the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 1, 2 and 3. FIG.

본 발명의 일 실시예에 따르면 먼저, 수소 가스 감지용 센서의 제조방법은 기판(140)상에 제1전극(110) 및 제2전극(120)을 형성한다. 이 후 테이프 캐스팅을 위해 감지부 형태의 구멍을 형성한 테이프를 전극상에 접착시킨다. According to an embodiment of the present invention, a method of manufacturing a sensor for sensing a hydrogen gas includes forming a first electrode 110 and a second electrode 120 on a substrate 140. Then, a tape having a perforated hole in the form of a sensing part is bonded to the electrode for tape casting.

먼저, 테이프의 구멍 부분에 탄소나노튜브 분산액을 드롭하고 건조하여 제1전극(110), 제2전극(120) 및 기판(140)과 접하는 탄소나노튜브 층을 형성한다. 이어서, 팔라듐나노입자 분산액을 드롭하고 건조하여 팔라듐나노입자가 탄소나노튜브 층 상에 분산된 층을 형성한다. 이 후, 탄소나노튜브 분산액을 다시 드롭하고 건조하여 탄소나노튜브 층을 형성하고, 팔라듐나노입자가 탄소나노튜브에 의해 형성되는 그물구조(망상구조)에 의해 완전히 포집(entrap)된다. First, a carbon nanotube dispersion liquid is dropped on a hole portion of a tape and dried to form a carbon nanotube layer contacting the first electrode 110, the second electrode 120, and the substrate 140. Then, the dispersion of palladium nanoparticles is dropped and dried to form a layer in which the palladium nanoparticles are dispersed on the carbon nanotube layer. Thereafter, the carbon nanotube dispersion is dropped again and dried to form a carbon nanotube layer, and the palladium nanoparticles are entrapped by the net structure (network structure) formed by the carbon nanotubes.

도 1을 참조하면, 제1탄소나노튜브 층(기판 및 전극과 접하는 아래층)/팔라듐나노입자 분산층/ 제2탄소나노튜브 층과 같이 샌드위치 형태의 나노복합체가 형성된다. 나노복합체에서 팔라듐나노입자 분산층의 팔라듐나노입자 사이에 드롭된 탄소나노튜브 분산액이 건조되면서 형성된 탄소나노튜브의 그물구조(망상구조)가 형성되어 있다. 전체적으로, 제1탄소나노튜브 층 및 제2탄소나노튜브 층 상이에 팔라듐나노입자 분산층이 형성된 다층구조의 샌드위치형 나노복합체로 볼 수 있고, 팔라듐나노입자 분산층에서 팔라듐나노입자 사이마다 탄소나노튜브의 그물구조(망상구조)가 형성되어 팔라듐나노입자의 고른 분산, 응집, 고정이 가능하게 된다. Referring to FIG. 1, a nanocomposite in the form of a sandwich is formed, such as a first carbon nanotube layer (a lower layer in contact with a substrate and an electrode) / a palladium nanoparticle dispersion layer / a second carbon nanotube layer. In the nanocomposite, the net structure (network structure) of the carbon nanotubes formed by drying the dispersion of the carbon nanotubes dropped between the palladium nanoparticles in the dispersion layer of the palladium nanoparticles is formed. Layered sandwich-type nanocomposite in which a palladium nanoparticle dispersion layer is formed on the first carbon nanotube layer and the second carbon nanotube layer as a whole. In the dispersion layer of the palladium nanoparticles, carbon nanotubes (Network structure) of the palladium nanoparticles is formed, so that it is possible to uniformly disperse, coagulate and fix the palladium nanoparticles.

도2를 참조하면, 탄소나노튜브 층은 불규칙 또는 규칙적인 그물형 구조를 가지고 있고 이러한 그물형 구조는 팔라듐나노입자를 효과적으로 응집 및 고정시킬 수 있어, 팔라듐나노입자의 이탈을 방지할 수 있다. Referring to FIG. 2, the carbon nanotube layer has an irregular or regular mesh structure. Such a mesh structure can effectively aggregate and fix the palladium nanoparticles, thereby preventing the separation of the palladium nanoparticles.

본 발명에서 기판(140)상에 제1전극(110) 및 제2전극(120) 형성은 기판 또는 전극 재료에 따라 증착, 코팅, 스크리닝, 패터닝과 같은 적합한 공지의 전극 형성 방법을 이용할 수 있다. In the present invention, the formation of the first electrode 110 and the second electrode 120 on the substrate 140 can be performed by a known electrode formation method such as deposition, coating, screening, and patterning according to the substrate or the electrode material.

이 후 추가로 제1전극(110) 및 제2전극(120)에 접하는 커넥터를 연결하여 커넥터를 더 포함하는 수소 가스 감지용 나노 센서를 제조할 수 있다. Thereafter, a connector for contacting the first electrode 110 and the second electrode 120 is further connected to manufacture a nanosensor for sensing hydrogen gas, which further comprises a connector.

본 발명에 따른 제조방법은 일반적으로 이용되는 탄소나노튜브 페이스트(paste)의 제조 및 스크린 프린팅 방법을 이용하지 않는다. 그로인해, 페이스트 제조에 여러 첨가물을 혼합하는 복잡한 과정과 스크린 프린팅(screen printing)과정 이 후 상기 첨가물들을 제거하기 위한 고온 열처리를 하지않아 제조 공정이 간단하여 경제적이면서 균일한 감지부를 형성할 수 있다.The manufacturing method according to the present invention does not use the commonly used methods of manufacturing carbon nanotube paste and screen printing. Therefore, after the complicated process of mixing various additives into the paste production and the screen printing process, the high temperature heat treatment for removing the additives is not performed, so that the manufacturing process is simple and an economical and uniform sensing unit can be formed.

또한, 커넥터를 통해 전극을 연결하여 상기 제1전극(110) 및 제2전극(120)에 직접 전극 연결 또는 접합을 위한 땜질과 같은 방법을 이용하지 않아도 되므로 특히, 납땜시 이용되는 플럭스나 페이스트 등으로 인한 감지부의 손상 및 오염을 방지할 수 있다. In addition, it is not necessary to use a method such as brazing for connecting or bonding the electrodes directly to the first and second electrodes 110 and 120 by connecting the electrodes through the connector. Particularly, It is possible to prevent the damage and contamination of the sensing portion due to the presence of foreign matter.

이하에서 본 발명을 실시하기 위해 보다 구체적인 실시예에 대하여 설명하며, 하기 실시예에 따라 본 발명이 제한되어 해석되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not construed as being limited thereto.

수소 가스 감지용 센서의 제조Manufacture of sensor for hydrogen gas detection

센서기판은 5mm×8mm×0.5mm 크기의 유리기판을 사용하였으며, 위에 공지의 증착 기법(E-beam evaporation)으로 Ti 200nm 위에 Pt 500nm으로 인터디지탈 전극(interdigital electrode)을 형성하였다. 전극 핑거(finger)의 폭은 100㎛, 핑거의 간격은 100㎛, 핑거의 길이는 3.1mm, 그리고 10 개의 핑거 쌍으로 구성된다. (도 3). 단일벽 탄소나노튜브(NanoIntegris, 미국, 평균직경 1.4nm, 평균길이 1μm) 1mg을 10㎖의 디클로로벤젠(Junsei, HPLC급)에 첨가하여 초음파세척기를 이용하여 분산시켜 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 제조하였으며, 팔라듐 나노분말(Aldrich, < 25nm) 10mg을 10㎖의 디클로로벤젠에 첨가하여 같은 방법으로 팔라듐 나노분말 분산액을 제조하였다. The sensor substrate used was a 5 mm × 8 mm × 0.5 mm glass substrate, and an interdigital electrode was formed on the Ti 200 nm and Pt 500 nm on the E-beam evaporation method. The width of the electrode finger is 100 mu m, the interval of the finger is 100 mu m, the length of the finger is 3.1 mm, and 10 finger pairs. (Fig. 3). 1 mg of single wall carbon nanotubes (NanoIntegris, USA, average diameter 1.4 nm, average length 1 μm) was added to 10 ml of dichlorobenzene (Junsei, HPLC grade) and dispersed using an ultrasonic washing machine to prepare a single walled carbon nanotube dispersion 10 mg of palladium nano powder (Aldrich, <25 nm) was added to 10 ml of dichlorobenzene to prepare a palladium nano powder dispersion in the same manner.

테이프 캐스팅에는 펀치를 사용하여 3.6mm×4.1mm 크기의 구멍을 뚫은 라벨 프린트용 테이프(엡손라벨 테이프, 폭: 11mm)를 사용하였다. 샌드위치 형태인 다층구조의 나노복합체 가스 감지부는 단일벽 탄소나노튜브 분산액과 팔라듐 나노분말 분산액 일정 양을 차례로 전극기판에 떨어뜨린 후 건조하는 과정을 반복하여 제조하였다. For the tape casting, a label printing tape (Epson label tape, width: 11 mm) having punched holes with a size of 3.6 mm x 4.1 mm was used. Sandwich type nanocomposite gas sensing unit was manufactured by repeating a process of dropping a single-walled carbon nanotube dispersion and a predetermined amount of a dispersion of palladium nano powder onto an electrode substrate in order, followed by drying.

먼저 마이크로피펫을 사용하여 0.1 ~ 0.5㎕의 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 테이프의 구멍 부분에 떨어뜨린 후 60℃ 오븐에서 건조하였으며, 건조가 끝난 후에 0.5 ~ 1.0㎕의 팔라듐 나노분말 분산액을 떨어뜨린 후 60℃ 오븐에서 건조하였다. 그 후에 다시 0.1 ~ 0.5㎕의 단일벽 탄소나노튜브 분산액을 떨어뜨린 후 건조하여 제조하였으며, 가스 감지부가 완성된 후에 캐스팅용 테이프를 제거하여 센서를 완성하였다. First, 0.1 to 0.5 μl of the single-walled carbon nanotube dispersion was dropped on the hole of the tape using a micropipette, and then dried in an oven at 60 ° C. After the drying, 0.5 to 1.0 μl of the palladium nanoparticle dispersion was dropped And dried in an oven at 60 ° C. After that, 0.1 ~ 0.5 의 of single wall carbon nanotube dispersion was dropped and dried. After the gas sensing part was completed, the casting tape was removed to complete the sensor.

공기 중 수소 가스 Hydrogen gas in air 검출여부Detection 측정 Measure

100㎖ 용량의 유리병 속에 실시예 1에 따라 제조한 수소 가스 감지용 센서와 온도센서를 설치하였다(도 4). A hydrogen gas sensing sensor and a temperature sensor manufactured according to Example 1 were installed in a 100 ml glass bottle (Fig. 4).

가스 주입구를 통해 수소가스와 공기를 MFC(mass flow controller)로 희석하여 일정한 농도의 수소가스를 50~200㎖/min으로 흘려주면서 센서의 저항 변화를 측정하였다. 가스 주입구를 통하여 1000ppm에서 5000ppm의 수소 가스를 흘려주었을 때 전극의 저항이 증가하며, 수소가스 주입을 중지하면 전극 저항이 감소하는 것을 확인할 수 있었다(도 5).Hydrogen gas and air were diluted with a mass flow controller (MFC) through a gas inlet, and the resistance change of the sensor was measured while flowing a constant concentration of hydrogen gas at 50 to 200 ml / min. The resistance of the electrode was increased when hydrogen gas of 5000 ppm was flowed from 1000 ppm through the gas inlet, and when the hydrogen gas injection was stopped, the electrode resistance was decreased (FIG. 5).

오일(절연유) 중 수소 가스 Hydrogen gas in oil (insulating oil) 검출여부Detection 측정 Measure

80㎖의 절연유가 든 100㎖ 용량의 유리병에 수소 가스 감지용 센서와 온도센서를 설치하고 그림(도 6)과 같이 온도 조절이 가능한 자석교반기(magnetic stirrer) 위에 장치하고 소형 막대자석을 이용하여 절연유를 혼합하면서 가스 주입구를 통하여 4% 농도의 수소가스를 흘려주었다. 수소가스를 흘려준 시간에 따른 절연유 속의 수소농도를 헤드스페이스GC(Headspace GC)(Agilent 5890)로 분석하여 각 농도를 측정하였다. 절연유 속 수소농도를 100ppm에서 800ppm으로 조절하면서 센서의 저항 변화를 측정하였으며 수소가스를 흘려주었을 때 전극의 저항이 증가하며, 수소가스 주입을 중지하면 전극 저항이 감소하지만 공기 중에서와는 다른 감응을 나타내는 것을 확인할 수 있었다(도 7).A hydrogen gas sensing sensor and a temperature sensor were installed in a 100 ml glass bottle with 80 ml of insulating oil, and the device was mounted on a magnetic stirrer capable of temperature control as shown in Fig. 6, Hydrogen gas at a concentration of 4% was flowed through the gas inlet while mixing the insulating oil. The concentration of hydrogen in the dielectric oil was analyzed by headspace GC (Agilent 5890) with the passage of hydrogen gas. The resistance of the sensor was measured while adjusting the hydrogen concentration in the insulating oil from 100ppm to 800ppm. The resistance of the electrode increased when the hydrogen gas was flowed, and the electrode resistance decreased when the hydrogen gas injection was stopped. (Fig. 7).

수소 가스에 대한 선택성 확인Selectivity for hydrogen gas

6종의 탄화수소 혼합가스(CH4, C2H2, C2H4 혼합가스와 C2H6, C3H6, C3H8 혼합가스)를 절연유에 흘려주면서 센서의 감응을 측정한 결과 상기 가스에 대한 감응은 매우 작게 나타났으므로 본 센서가 수소가스에 선택성이 있는 것을 확인하였다(도 8). 6 kinds of mixed hydrocarbon gases (CH 4, C 2 H 2 , C2H 4 The mixed gas and the C 2 H 6 , C 3 H 6 , C 3 H 8 Gas mixture was flowed in insulating oil and the sensor response was measured. As a result, the response to the gas was very small. Therefore, it was confirmed that the present sensor was selective for hydrogen gas (FIG. 8).

100: 수소 가스 감지용 센서
110: 제1전극
120: 제2전극
130: 나노복합체를 포함한 감지부
140: 기판100: Sensor for hydrogen gas detection
110: first electrode
120: second electrode
130: sensing unit including nanocomposite
140: substrate

Claims (8)

기판상에 형성된 제1전극 및 제2전극 및,
상기 제1전극 및 제2전극에 접하는 가스 감지부를 포함하고, 상기 가스 감지부는 탄소나노튜브 및 팔라듐나노입자를 포함하는 나노복합체가 포함된 수소 가스 감지용 센서.
A first electrode and a second electrode formed on a substrate,
Wherein the gas sensing unit includes a nanocomposite including carbon nanotubes and palladium nanoparticles. 2. The sensor of claim 1, wherein the nanocomposite includes a carbon nanotube and a palladium nanoparticle.
제1항에 있어서,
상기 나노복합체는 탄소나노튜브를 포함한 분산액을 드롭하여 건조하고 팔라듐 나노입자를 포함한 분산액을 드롭하여 건조한 후, 다시 탄소나노튜브를 포함한 분산액을 드롭하여 건조하여 형성한 탄소나노튜브 층/팔라듐나노입자 분산층/탄소나노튜브 층 순서로 형성된 샌드위치형의 다층 구조를 포함하는 수소 감지용 센서.
The method according to claim 1,
The nanocomposite may be prepared by dropping a dispersion containing carbon nanotubes, drying the dispersion, dropping the dispersion containing the palladium nanoparticles, drying the dispersion, dropping the dispersion containing the carbon nanotubes, and drying the dispersion to remove carbon nanotube layer / palladium nanoparticle dispersion Layer / carbon nanotube layer formed in this order.
제1항에 있어서,
상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube, SWCNT)인 수소 가스 감지용 나노 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the carbon nanotube is a single-walled carbon nanotube (SWCNT).
제1항에 있어서,
상기 팔라듐나노입자는 입경 1 내지 50nm인 수소 가스 감지용 센서.
The method according to claim 1,
Wherein the palladium nanoparticles have a particle diameter of 1 to 50 nm.
제2항에 있어서,
상기 팔라듐나노입자 분산층에서 팔라듐나노입자는 탄소나노튜브가 형성한 망상구조에 의해 포집(entrap)된 수소 가스 감지용 센서.
3. The method of claim 2,
The palladium nanoparticles in the dispersion layer of palladium nanoparticles are entrapped by a network structure formed by carbon nanotubes.
제3항에 있어서,
상기 단일벽 탄소나노튜브는 직경 0.5 내지 5nm이고, 길이 100 내지 4000nm인 수소 가스 감지용 나노 센서.
The method of claim 3,
The single-walled carbon nanotube has a diameter of 0.5 to 5 nm and a length of 100 to 4000 nm.
제1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1전극 및 제2전극과 접하는 커넥터가 포함된 수소 가스 감지용 나노 센서.
6. The method according to any one of claims 1 to 6,
And a connector in contact with the first electrode and the second electrode.
기판상에 제1전극 및 제2전극을 형성하는 단계;
탄소나노튜브 분산액 및 팔라듐나노입자 분산액 드롭을 위해 구멍이 형성된 테이프를 상기 기판상의 제1전극 및 제2전극이 영역이 포함되도록 접착시키는 단계;
상기 접착된 테이프의 구멍에 탄소나노튜브 분산액을 드롭하고 건조하는 단계;
탄소나노튜브 분산액 건조 후, 팔라듐나노입자 분산액을 드롭하고 건조하는 단계;
팔라듐나노입자 분산액 건조 후, 탄소나노튜브 분산액을 드롭하고 건조하는 단계; 및
상기 테이프를 제거하는 단계;
를 포함하는 수소 가스 감지용 센서의 제조방법.
Forming a first electrode and a second electrode on a substrate;
Bonding the carbon nanotube dispersion and the punched tape to the palladium nanoparticle dispersion drop so that the first electrode and the second electrode on the substrate include the region;
Dropping the carbon nanotube dispersion in the hole of the bonded tape and drying the carbon nanotube dispersion;
Drying the dispersion of carbon nanotubes, dropping and drying the dispersion of palladium nanoparticles;
Drying the dispersion of palladium nanoparticles, dropping and drying the dispersion of carbon nanotubes; And
Removing the tape;
And a sensor for sensing a hydrogen gas.
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