KR20190015644A - 과산화수소 검출 센서, 이를 포함하는 과산화수소 검출 장치 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents
과산화수소 검출 센서, 이를 포함하는 과산화수소 검출 장치 및 이를 제조하는 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20190015644A KR20190015644A KR1020170088903A KR20170088903A KR20190015644A KR 20190015644 A KR20190015644 A KR 20190015644A KR 1020170088903 A KR1020170088903 A KR 1020170088903A KR 20170088903 A KR20170088903 A KR 20170088903A KR 20190015644 A KR20190015644 A KR 20190015644A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- hydrogen peroxide
- graphene sheet
- graphene
- detection sensor
- sensor
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 26
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 15
- 150000002978 peroxides Chemical class 0.000 title 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 191
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 81
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims abstract description 77
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 claims abstract description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 70
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 43
- 239000002042 Silver nanowire Substances 0.000 claims description 35
- 239000002356 single layer Substances 0.000 claims description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 6
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 4
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 50
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 12
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000004044 response Effects 0.000 description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000002149 energy-dispersive X-ray emission spectroscopy Methods 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 4
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 4
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 4
- IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M potassium bromide Chemical compound [K+].[Br-] IOLCXVTUBQKXJR-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- -1 oxygen ions Chemical class 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 241000233866 Fungi Species 0.000 description 2
- 102000003992 Peroxidases Human genes 0.000 description 2
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 2
- RDOXTESZEPMUJZ-UHFFFAOYSA-N anisole Chemical compound COC1=CC=CC=C1 RDOXTESZEPMUJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 2
- 239000000356 contaminant Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 239000000645 desinfectant Substances 0.000 description 2
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 2
- 238000010893 electron trap Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 108040007629 peroxidase activity proteins Proteins 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 2
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 2
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N silver oxide Chemical compound [O-2].[Ag+].[Ag+] NDVLTYZPCACLMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N silver(1+) nitrate Chemical compound [Ag+].[O-]N(=O)=O SQGYOTSLMSWVJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 2
- 101710134784 Agnoprotein Proteins 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- 108010001336 Horseradish Peroxidase Proteins 0.000 description 1
- 102000036675 Myoglobin Human genes 0.000 description 1
- 108010062374 Myoglobin Proteins 0.000 description 1
- XOJVVFBFDXDTEG-UHFFFAOYSA-N Norphytane Natural products CC(C)CCCC(C)CCCC(C)CCCC(C)C XOJVVFBFDXDTEG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N Silver ion Chemical compound [Ag+] FOIXSVOLVBLSDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000700605 Viruses Species 0.000 description 1
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N ammonium peroxydisulfate Substances [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O ROOXNKNUYICQNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VAZSKTXWXKYQJF-UHFFFAOYSA-N ammonium persulfate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-]S(=O)OOS([O-])=O VAZSKTXWXKYQJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001870 ammonium persulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000007844 bleaching agent Substances 0.000 description 1
- 239000008280 blood Substances 0.000 description 1
- 210000004369 blood Anatomy 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- SWXVUIWOUIDPGS-UHFFFAOYSA-N diacetone alcohol Natural products CC(=O)CC(C)(C)O SWXVUIWOUIDPGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 239000002082 metal nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- UZKWTJUDCOPSNM-UHFFFAOYSA-N methoxybenzene Substances CCCCOC=C UZKWTJUDCOPSNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000004917 polyol method Methods 0.000 description 1
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 238000011002 quantification Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 description 1
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 1
- 210000003296 saliva Anatomy 0.000 description 1
- 239000011540 sensing material Substances 0.000 description 1
- HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M silver monochloride Chemical compound [Cl-].[Ag+] HKZLPVFGJNLROG-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910001961 silver nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001923 silver oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- VFWRGKJLLYDFBY-UHFFFAOYSA-N silver;hydrate Chemical compound O.[Ag].[Ag] VFWRGKJLLYDFBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 230000001954 sterilising effect Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 1
- 239000006200 vaporizer Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
- G01N27/125—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer
- G01N27/127—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer comprising nanoparticles
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
- G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
- G01N33/0027—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector
- G01N33/0036—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment concerning the detector specially adapted to detect a particular component
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Pathology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Abstract
본 발명은 기판; 기판 상부에 위치하는 그래핀 시트; 및 그래핀 시트 상부에 위치하는 금속 나노와이어를 포함하는 과산화수소 검출 센서와, 이러한 과산화수소 검출 센서를 포함하는 과산화수소 검출 장치 및 과산화수소 검출 센서를 제조하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 과산화수소 검출 센서, 과산화수소 검출 센서를 포함하는 과산화수소 검출 장치 및 과산화수소 검출 센서를 제조하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로, 은 나노와이어(Ag NanoWire, AgNW)로 도핑(doping)된 그래핀 시트를 이용하여, 고감도 및 고선택성의 과산화수소 가스 검출 센서, 과산화수소 가스 검출 장치 및 과산화수소 가스 검출 센서의 제조 방법에 관한 것이다.
과산화수소(H2O2)는 무색 액체이며, 강력한 산화제 중에 하나로 살균제와 표백제로 많이 이용되고 있다. 또한, 액체나 기체 형태의 소독제로 사용되고 있다. 이는 과산화수소의 강력한 산화력이 균류, 세균, 포자, 바이러스 및 곰팡이를 사멸시킬 수 있기 때문이다.
과산화수소 기체는 75ppm의 농도에서 사람의 건강을 해칠 수 있으며, 안전한 농도인 1ppm 이하 측정 및 지속적으로 측정하는 모니터링 기술과 측정 장비는 산업 및 의료분야에서 매우 중요성이 부각되고 있다.
그래핀은 센서를 포함한 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 가스 센서로 응용되기 위해서는 몇 가지 중요한 특성을 가지고 있어야 한다. 첫째로, 모든 표면이 가스가 노출되어야 하고, 둘째로, 열잡음이 작아야 한다. 또한, 대기 및 열악한 환경에서도 매우 안정해야 한다. 그러나, 이러한 조건을 만족하기에는 그래핀은 적합하지 않다.
따라서, 전이 금속으로 만들어진 다양한 이온들을 그래핀에 도핑함으로 그래핀이 가지고 있는 단점을 개선하여 센서로 활용하는 것이 가능하다.
또한, 금속 나노 입자인 은 나노와이어는 전기적, 열적, 광학적 특성이 매우 우수한 금속이다. 이와 같이, 그래핀 표면 위에 은 나노와이어의 도핑은 그래핀의 전자적 특성을 변화시키며, H2O2와 반응하였을 때 그래핀의 저항값을 변화시키게 되는데, 이는 그래핀 표면의 전하밀도 변화와 관련이 있으며, 이로 인해 저항값이 변화하고 H2O2 가스의 검출을 용이하게 할 수 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에 기재된 과산화수소 검출용 센서(1000)는, 도 13에 도시된 바와 같이, 나노 구조체에 미오글로빈을 이용하여, 혈액 내부의 과산화수소를 검출하기 위한 바이오센서에 해당한다.
또한, 특허문헌 2에 기재된 과산화수소 검출 센서(2000)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 기판 위에 금 나노입자 복합체와 퍼옥시다제(과산화효소, peroxidase)를 부착하여 H2O2 검출 센서를 구성한다.
그러나, 이러한 종래의 H2O2 검출 센서는 바이오센서로 이용되는 전기화학적 측정 센서이다. 따라서, 종래의 과산화수소 검출 센서는 단백질 고정화와 열에 민감하여, 환경 변화에 따른 사용에 제약이 있으며, 호스래디쉬 퍼옥시다제 (horseradish peroxidase)를 부착하는 선행과정이 반드시 필요함으로, 환경 분야와 제조업 분야 등의 활용에 제한이 많으며, 생산성이 현저히 좋지 않아, 이러한 센서를 현장에서 바로 사용할 수 없는 단점을 가지고 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 종래의 바이오 센서로서의 과산화수소 검출 센서들의 문제점들을 해결하고, 대기 내에 존재하는 과산화수소 가스를 실시간으로 현장에서 모니터링할 수 있는 과산화수소 검출 센서, 이러한 과산화수소 검출 센서를 포함하는 과산화수소 검출 장치 및 과산화수소 검출 센서의 제조 방법을 제공하고자 한다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위해, 본 발명은 기판; 기판 상부에 위치하는 그래핀 시트; 및 그래핀 시트 상부에 위치하는 금속 나노와이어를 포함하는 과산화수소 검출 센서를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 과산화수소는 기체상의 과산화수소이며, 금속 나노와이어는 은 나노와이어를 포함할 수 있다.
또한, 은 나노와이어와 그래핀 시트의 무게 비율은 10 내지 30%일 수 있고, 그래핀 시트는 단층으로 이루어질 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 과산화수소 검출 센서; 그래핀 시트의 양단에 연결되는 전극; 및 과산화수소 검출 센서를 구동하는 전원부를 포함하는 과산화수소 검출 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 과산화수소 검출 장치는 과산화수소 검출 센서를 환원시키기 위한 에너지 주입부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 에너지 주입부는 자외선 또는 전류를 에너지원으로 사용할 수 있으며, 에너지 주입부는, 자외선 또는 전류를 10초 이내로 가하여 에너지를 주입할 수 있다.
또한, 본 발명은 기판을 준비하는 단계; 기판 상부에 그래핀 시트를 증착하는 단계; 및 그래핀 시트의 상부에 금속 나노와이어 혼합액을 도핑하는 단계를 포함하는 과산화수소 검출 센서의 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에서의 그래핀 시트의 증착은 화학기상증착법으로 수행될 수 있고, 금속 나노와이어의 도핑은, 그래핀 시트를 금속 나노와이어 혼합액에 침지하여, 혼합액을 4분 동안 1150 rpm으로 스터링하여 이루어질 수 있다.
본 발명은 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Decomposition, CVD)을 이용한 단층 그래핀 제조, 은 나노와이어 제조와 도핑 방법, 이의 특성화, 검출 대상 과산화수소 가스 저항 변화를 통한 고감도, 고성능의 센서를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 전이 금속으로 이루어진 나노 물질을 이용한 그래핀 센서의 특성을 개질하여, H2O2 가스의 실시간 모니터링을 위한 효율적이고 제조공정이 간단하며 고감도, 고성능의 센서와 이의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 검출 센서의 구성을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 센서의 작동 메커니즘을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 센서 제조 방법을 나타내는 일련의 과정이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 장치의 개략적인 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 장치 시스템의 전체적인 구성도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 센서의 은 나노와이어의 도핑 양에 따른 반응성과 안정성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 센서에 있어서, 초기 그래핀의 SEM 이미지(a)와, 은 나노와이어로 도핑된 그래핀 SEM 이미지(b) 및 이의 EDX (Energy Dispersive X-Ray Analysis) 결과(c)를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 센서에 있어서, 초기 그래핀(a)과 은 나노와이어로 도핑된 그래핀(b) 라만(Raman) 그래프이다.
도 9은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 센서에 있어서, 은 나노와이어로 도핑된 그래핀의 XRD 스펙트럼(a)과 이의 XPS 스펙트럼(b)이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 장치에 있어서, 5ppm의 H2O2 가스에서 초기 그래핀 센서와 은 나노와이어가 도핑된 센서의 반응성을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 장치에 있어서, 과산화수소 농도에 따른 반응성을 나타낸 그래프(a)와 이의 정량 그래프(b)이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 장치에 있어서, 과산화수소 및 산소, 질소, 이산화탄소, 메탄가스 등 기타 가스의 반응성을 나타낸 그래프이다.
도 13은 종래의 과산화수소 검출 센서를 이용한 SEM 사진이다.
도 14는 종래의 다른 과산화수소 검출 센서를 제조하는 방법을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 센서의 작동 메커니즘을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 센서 제조 방법을 나타내는 일련의 과정이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 장치의 개략적인 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 장치 시스템의 전체적인 구성도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 센서의 은 나노와이어의 도핑 양에 따른 반응성과 안정성을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 센서에 있어서, 초기 그래핀의 SEM 이미지(a)와, 은 나노와이어로 도핑된 그래핀 SEM 이미지(b) 및 이의 EDX (Energy Dispersive X-Ray Analysis) 결과(c)를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 센서에 있어서, 초기 그래핀(a)과 은 나노와이어로 도핑된 그래핀(b) 라만(Raman) 그래프이다.
도 9은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 센서에 있어서, 은 나노와이어로 도핑된 그래핀의 XRD 스펙트럼(a)과 이의 XPS 스펙트럼(b)이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 장치에 있어서, 5ppm의 H2O2 가스에서 초기 그래핀 센서와 은 나노와이어가 도핑된 센서의 반응성을 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 장치에 있어서, 과산화수소 농도에 따른 반응성을 나타낸 그래프(a)와 이의 정량 그래프(b)이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 장치에 있어서, 과산화수소 및 산소, 질소, 이산화탄소, 메탄가스 등 기타 가스의 반응성을 나타낸 그래프이다.
도 13은 종래의 과산화수소 검출 센서를 이용한 SEM 사진이다.
도 14는 종래의 다른 과산화수소 검출 센서를 제조하는 방법을 개략적으로 나타내는 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 기준으로 본 발명의 바람직한 실시 형태를 통하여, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 검출 센서(10), 과산화수소 검출 센서(10)를 포함하는 과산화수소 검출 장치(100) 및 과산화수소 검출 센서(10)의 제조 방법에 대하여 설명하기로 한다.
설명에 앞서, 여러 실시 형태에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시 형태에서 설명하고, 그 외의 실시 형태에서는 다른 구성 요소에 대해서만 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 검출 센서(10)의 구성을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 검출 센서(10)는 기판(11), 이러한 기판(11)의 상부에 위치하는 그래핀 시트(12) 및 그래핀 시트(12) 상부에 위치하는 은 나노와이어(13)를 포함한다. 특히, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 검출 센서(10)는 기체상의 과산화수소를 검출하는데 유용하다.
또한, 그래핀 시트(12)는 그래핀(graphene) 소재가 얇은 막 형태의 단일층으로 이루어진 것을 의미하며, 바람직하게 단층의 그래핀 시트(12)를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 검출 센서(10)는 은 나노와이어(13)가 그래핀 시트(12)의 상부에 도핑되어 있는 것을 의미하고, 이러한 은 나노 와이어는 그래핀 시트(12) 상부에서 특정한 방향성이나 규칙을 갖지 않고, 그래핀 시트(12) 상부에서 고르게 분포되어 있다.
한편, 검출 센서(10) 표면에서 은 나노와이어(13)의 분포 비율은, 10 내지 30 wt%로 분포될 수 있으며, 약 20 wt%로 분포되는 것이 바람직하다.
도 2은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 검출 센서(10)의 작동 메커니즘을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
일반적인 환경에서, 초기에 대기 중에 노출된 그래핀은 산소 이온, 수증기 및 기타 오염 물질에 의한 자유 전자 트랩 (free electron trapping)으로 인하여 p형 도핑을 유도한다. 도핑된 그래핀의 H2O2 감지의 메커니즘은 그래핀 도핑 물질(dopant)에 의해 제공되는 흡착 및 반응 위치로 설명될 수 있다. 그래핀 표면의 은 나노와이어와 상호 작용할 때, H2O2 분자는 금속 은을 산화시켜 은 산화물 (Ag2O), 즉 p형 반도체로 변환시킨다.
이 반응은 센서의 전도 채널에서 전하 캐리어 농도 (charge carrier concentration)를 변화시킨다. 또한, 공기 중의 그래핀은 p형 반도체이기 때문에 Ag2O에 의한 정공(hole)을 추가하면 저항률이 감소하여 과산화수소 가스의 존재를 감지할 수 있다. 이에 관한 내용은 도 2의 (b)로 나타내었다.
O2 (gas) → O2 (ads) (반응식 1)
O2 (ads) + e- → O2 - (ads) (반응식 2)
O2 - (ads) + e- → 2O- (ads) (반응식 3)
O- (ads) + e- → O2- (ads) (반응식 4)
2Ag + H2O2 → Ag2O+ H2O (반응식 5)
Ag2O + hν → Ag2O + e- + h+ (반응식 6)
Ag2O + e- → Ag + O2 (반응식 7)
O2 -(ads) + h+ → O-(ads) (반응식 8)
O-(ads) + h+ → O2 -(ads) (반응식 9)
O2 -(ads) + h+ → O2 (ads) (반응식 10)
O2 (ads) → O2 (gas) (반응식 11)
(반응식 1) 내지 (반응식 4)는 그래핀 센서가 주변 조건에 노출되어 산소 이온 흡착과 자유 전자 트래핑을 유발하여 p형 반도체 타입의 행동을 유도함을 나타낸다. (반응식 5)는 주요 H2O2 감지 반응이다. 과산화수소에 노출된 금속 은의 p형 반도체인 Ag2O가 된다.
전술한 바와 같이, 초기 그래핀은 p형 반도체이지만, 그러한 작용은 센서 시스템에 추가적인 홀을 추가함으로써 저항을 감소시킨다. 따라서 대상 가스 검출 메커니즘을 가능하게 한다.
또한, Ag2O는 ~ 1.46 eV의 밴드 갭을 갖는 p형 반도체이며 광촉매 목적으로 널리 사용되고 있다. 이러한 Ag2O는 감광성이며 자외선(UV)하에서는 효과적인 전자 흡수제로 작용한다. 그러나 광조사 (Ag2O → 2Ag + 1/2O2)에서는 불안정하다.
(반응식 6)은 센서 이완 과정을 나타낸다. 자외선 광자는 Ag2O에 의해 흡수되는 동안 1.46 eV 밴드 갭의 존재로 인해 전자홀 쌍을 생성한다. 이러한 추가 전자는 은 산화물을 금속 은으로 환원하여 산소를 생성한다(반응식 7). 추가적인 홀이 산소 이온 탈착을 일으키는 반면((반응식 8) 내지 (반응식 11)), 이러한 탈착은 포획된 전자가 시스템으로 되돌아오고, 홀과의 재조합으로 이어져 센서의 저항을 증가시킨다. 이에 대한 그림은 도 2의 (b)에 나타내었다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 센서(10)의 제조 방법을 나타내는 일련의 과정이다.
그림 3에 도시된 바와 같이, 그래핀 시트(12) 는 화학 기상 증착법을 통해 이루어지고, 위에 은 나노와이어를 도핑하는 것으로 검출 센서(10)를 제조할 수 있다.
구체적으로, 은 나노와이어는 폴리올 방법으로 합성되었다.
우선, 분자량 1,300,000의 폴리비닐 피롤리돈 (PVP K-90) 5g을 둥근 바닥 플라스크 내의 에틸렌글리콜 200ml에 용해시키고, 오일 배스에서 천천히 교반 하였다. 이 용액을 170℃로 가열하고, 환원제로서 브롬화칼륨 (KBr) 0.1 g을 첨가하고, 40분간 교반하여 반응액을 제조하였다. 그 후, 반응액에 0.4 g의 염화은 (AgCl)과 1.6 g의 질산은(AgNO3)을 용해시키고, 환원 공정을 170℃로 가열하고, 이후 200 rpm으로 4시간 교반하여 얻어지면 노란색 계열의 침천물을 얻게 되고, 이를 증류수와 아세톤으로 세척한 후 이소프로필 알코올(iso propanol alchol, IPA)을 첨가하여 농도 37.5 g/L 용액으로, 45nm의 평균 직경과 40 μm의 길이를 갖는 높은 선형성을 갖는 은 나노와이어를 제조할 수 있다.
그래핀 시트(12)를 제조(S1)하기 위해, 25 μm 두께의 Cu 포일(foil)을 아세톤에서 30분간 세척한 후 전기영동 공정을 사용하여 세척했다. Cu 포일의 표면을 H2(50 mTorr, 5 sccm, 30 min)의 흐름으로 1000℃로 가열된 용광로(furnace)에서 30분 동안 추가로 클리닝 작업을 진행하였다. 이어서 Ar 중 CH4과 H2 (50 : 5 sccm)의 혼합물을 1000 ℃ 에서 30 분 동안 노를 통과시켜 단층 그래핀을 생성시켰다.
다음으로, Cu 포일을 아니솔(anisole)에 용해된 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 스핀-코팅(spin-coating)한 다음, 100℃로 15분간 가열하여 보호층을 만들었다(S2, S3). 그 후, 과황산 암모늄((NH4)2S2O8) 용액을 갖는 구리를 에칭하였다(S4). 마지막으로, 에칭(etching)된 PMMA/graphene을 탈 이온수로 세척한 후 Si/SiO2로 옮기고(S5), 이어서 1시간동안 아세톤에 담가 PMMA코팅을 제거하였다(S6).
최종적으로, 스핀 코팅 방법을 사용하여 준비된 은 나노와이어로 그래핀의 도핑을 수행한다(S7). 구체적으로, 20 μL의 은 나노와이어-이소프로판알콜(isopropane alcohol, IPA) 37.5g/L 용액을 Si/SiO2가 담지된 그래핀 위에 놓고 스핀-코터 40초 동안 진행한다. 다음으로, 샘플을 100℃에서 30분 동안 오븐에서 가열하여 모든 휘발성 유기 오염 물질을 제거하고, 가열 후 준비된 그래핀-은 나노와이어 복합체를 1시간 동안 식힌 다음 플라스틱 프레임 워크에 장착하여, 은 전극을 연결함으로써 과산화수소 검출 장치(100)로 사용할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 장치(100)의 개략적인 개념도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 실리콘 기질(20)상에 과산화수소 검출 센서(10)를 형성하고, 전원부(40)와 연결되는 은 나노로드(30)를 부착하여 과산화수소 검출 장치로 이용할 수 있다. 따라서, 과산화수소 검출 센서(10)를 구동할 수 있는 전원부(40)를 마련하는 것만으로 간단하게 과산화수소 검출 장치(100)를 구성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 장치 시스템의 전체적인 구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, H2O2 가스는 DC 전원 공급 장치, 공기 펌프, H2O 와 34.5% H2O2의 혼합 용액으로 이루어진 증발 챔버의 과산화수소 기화기를 사용하였다. 센서 반응은 상용의 H2O2 가스 센서(PortaSens II)를 사용하여 보정되었다. 기화된 H2O2의 유속은 질량 흐름 제어기에 의해 조절되었으며, 총 기체 유속은 5L/분으로 유지되었다.
구체적으로, H2O2 감지 실험에서 과산화수소 검출 장치(100)는 초기에 대기에 노출되어 기준 저항에 도달한 다음 대상 가스에 노출되고 측정하였고, 이후 가스 제거 및 빠른 복구(recovery)를 위해 254nm 자외선(UV) 방사에 약 10초 동안 노출하였다.
본 발명의 과산화수소 검출 장치(100)는 간단한 설계와 높은 민감도로 인해 전기화학적 측정장치를 기반으로 개발되었다. 이는 SiO2/Si 기판 위에 도핑된 그래핀(graphene)으로 구성되어 있으며, 두 개의 은 전극(30) 사이의 공간을 연결하는 감지 재료 역할을 한다.
과산화수소 검출 장치(100)는 플라스틱 플랫폼에 장착되었으며, 은 전극을 통하여 다른 전기 측정 시스템들과 연결될 수 있다. 센서 플랫폼은 가스 입구/출구가 있는 밀폐된 유리 플라스크에 놓였고, 컴퓨터와 인터페이스된 프로그램에 연결하여 사용할 수 있다.
한편, 전기화학적 측정 장치의 내재적 저항은 가스 분자의 농도에 비례하여 분석 가스에 노출됨으로써 조절될 수 있다. 따라서, H2O2의 농도는 상대 저항의 변화를 시간의 함수로 측정함으로써 정량화될 수 있고, 상대 센서 반응성 (Response, R)은 아래의 식과 같이 백분율로서 표현될 수 있다.
R (%) = (Rr-Ri) / Ri × 100 %
여기서 Rr은 H2O2의 존재하에서 측정된 센서의 저항이고, Ri는 H2O2가 존재하지 않을 때 초기 센서 저항을 나타낸다.
과산화수소 가스 검출 센서 및 시스템에서 과산화수소 검출을 위한 최적 조건을 확립하기 위한 실험을 진행하였으며, 그래핀 시트(12) 표면에 도핑된 은 나노와이어(13)의 양에 따른 반응성과 안정성을 검사하였다.
구체적으로, 도 6는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 센서(10)의 은 나노와이어(13)의 도핑 양에 따른 반응성과 안정성을 나타내는 그래프이다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 검출 센서의 제조 방법으로 제조된 은 나노와이어의 양 20 μL을 1 내지 12회를 도핑한 후 센서의 반응성을 측정하였다. 도 6에 도시된 바와 같이, 3회 도핑된 센서(10)가 반응성과 안정성에서 매우 우수함을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 센서(10)에 있어서, 초기 그래핀의 SEM 이미지(a)와, 은 나노와이어(13)로 도핑된 그래핀 SEM 이미지(b) 및 이의 EDX (Energy Dispersive X-Ray Analysis) 결과(c)를 나타낸 그래프이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 그래핀 시트(12) 표면에 많은 양의 은 나노와이어(13)가 균일하게 분포된 그래핀 시트(b)와 도핑되지 않은 초기의 그래핀 시트(a)는 다른 구조를 형성하고 있음을 SEM 이미지로 확인할 수 있다.
또한, 도 7(b)에 있어서, 그래핀 시트(12)위에 도핑된 은 나노와이어(13)의 평균 직경은 약 45 nm이었다. 또한, EDX에 의한 원소 분포의 매핑(mapping)은 나노와이어가 은(Ag)이 주성분임을 알 수 있다. 도 7c에 도시된 바와 같이, 은 나노와이어(13)가 도핑된 표면을 EDX를 이용하여 성분 함량을 측정하고, 이를 아래의 [표 1]로 나타내었다.
[표 1]
즉, 산소, 실리콘 및 은의 무게비 함량이 17.75, 61.49 및 20.76 wt%로 각각 구성되어 있음을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 센서(1)에 있어서, 초기 그래핀 시트(a)와 은 나노와이어(13)로 도핑된 그래핀 시트(b)의 각각의 라만(Raman) 그래프이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 라만(Raman) 분광법은 G와 2D 대역 모두 전하 캐리어 농도에 의해 강하게 영향을 받기 때문에 도핑 특성화를 위해 광범위하게 사용되었다. 따라서, 그래핀 시트에서 sp2 탄소 무질서(disorder)를 특성화하여, 초기의 그래핀 시트와 은 나노와이어(13)가 도포된 그래핀 시트의 물리적 특성의 변화를 확인할 수 있다.
도 9은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 센서(10)에 있어서, 은 나노와이어(13)로 도핑된 그래핀 시트(12)의 XRD 스펙트럼(a)과 이의 XPS 스펙트럼(b)이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 은 나노와이어(13)로 도핑된 그래핀 시트의 구조는 XPS 스펙트럼은 도 9(a)와 같이 368.3 eV 및 ∼374.4 eV에서 강한 피크가 형성되어, 그래핀 시트가 은으로 도핑 되었음을 나타내고 있다.
또한, 도 9(b)와 같이, XRD 특성화 패턴은 본 발명의 나노와이어의 결정질 조성을 나타내었다. 구체적으로, 면심 입방은 결정의 면을 나타내는 3 개의 회절 피크 (111), (200) 및 (220)이 관찰되었으며, 이들의 결정 구조를 명확하게 나타낸다. 한편, 초기의 그래핀은 2-D 물질이기 때문에 이러한 특성화 기술에서 어떠한 피크도 나타나지 않을 것으로 예상된다.
도 10은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 장치(100)에 있어서, 5ppm의 H2O2 가스에서 초기 그래핀 센서와 은 나노와이어(13)가 도핑된 센서(10)의 반응성을 나타낸 그래프이다. 이를 통해, 과산화수소 검출 센서(10)의 검출에 대한 반응 메커니즘을 확인할 수 있다.
구체적으로, 도 10에 도시된 바와 같이, 5ppm H2O2에 은 나노와이어(13)를 도핑된 초기 그래핀 및 그래핀의 응답(Response)를 나타내었다. 은 나노와이어로 도핑된 그래핀의 응답은 H2O2에 대한 포화 시간이 ~200 초인 경우 15%로서, 초기 그래핀(pristine graphene)의 경우에 비해 포화 시간이 1000초인 경우에 비하여, 64% 정도로 응답성이 향상됨을 확인할 수 있었다.
또한, 본 발명의 그래핀-은 나노와이어 센서는 253nm 자외선 하에서 빠른 복구 시간(recovery time)을 약 10초를 나타내었다.
도 11은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 장치(100)에 있어서, 과산화수소 농도에 따른 반응성을 나타낸 그래프(a)와 이의 정량 그래프(b)이다.
구체적으로, H2O2 농도의 함수로서 센서의 응답은 도 11(a)에서 나타나는 것처럼 농도에 따라 응답 측정시간이 감소하였는데, 0.5 ppm의 경우 약 300초, 15ppm의 경우 약 1000초를 나타내었다. 이에 상응하는 정량 곡선 함수를 도 10(b)와 같이 대수적(r2, 식, LOD)으로 나타내었다.
도 12는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 과산화수소 가스 검출 장치(100)에 있어서, 과산화수소 및 산소, 질소, 이산화탄소, 메탄가스 등 기타 가스의 반응성을 나타낸 그래프이다.
구체적으로, 본 발명의 센서 선택도는 다양한 가스 (CH4, CO2, N2 및 O2)에 대해 테스트 되었으며, 대응 반응이, 도 12에 도시된 바와 같이, H2O2에서 탁월한 선택성을 나타내었다.
예를 들어, 1.85%, 1.3% 및 1.75%의 센서 응답이 각각 순수 O2, N2 및 CO2에서 관찰되었다. 즉, 본 발명의 과산화수소 검출 센서(10)의 H2O2 정량화 과정이 다른 가스나 기체에 방해하지 않는다는 것을 확인할 수 있었다.
전술한 설명들을 참고하여, 본 발명이 속하는 기술 분야의 종사자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 지금까지 전술한 실시 형태는 모든 면에서 예시적인 것으로서, 본 발명을 상기 실시 형태들에 한정하기 위한 것이 아님을 이해하여야만 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 균등한 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 과산화수소에 대한 감도와 선택성이 매우 높고, 검출한계가 0.5 ppm이하로 이며, 병원, 의료시설, 의약품 제조 및 관련 산업, 화학물질 취급 산업 현장 등에서 실용적으로 널리 활용될 수 있다.
또한, 본 발명은 과산화수소에 대한 반응시간이 매우 짧고, 상관계수 및 정량곡선이 우수하여 실시간 과산화수소 검출에 매우 적합하고 정량화가 가능하다.
10
과산화수소 검출 센서
11 기판
12 그래핀 시트
13 은 나노와이어
20 실리콘 기질
30 은 전극
40 전원부
100 과산화수소 검출 장치
11 기판
12 그래핀 시트
13 은 나노와이어
20 실리콘 기질
30 은 전극
40 전원부
100 과산화수소 검출 장치
Claims (16)
- 기판;
상기 기판 상부에 위치하는 그래핀 시트; 및
상기 그래핀 시트 상부에 위치하는 금속 나노와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 검출 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 과산화수소는 기체상의 과산화수소인 것을 특징으로 하는 과산화수소 검출 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 금속 나노와이어는 은 나노와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 검출 센서.
- 제 3 항에 있어서,
상기 은 나노와이어와 상기 그래핀 시트의 무게 비율은 10 내지 30%인 것을 특징으로 하는 과산화수소 검출 센서.
- 제 1 항에 있어서,
상기 그래핀 시트는 단층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 과산화수소 검출 센서.
- 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 과산화수소 검출 센서;
상기 그래핀 시트의 양단에 연결되는 전극; 및
상기 과산화수소 검출 센서를 구동하는 전원부를 포함하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 검출 장치.
- 제 6 항에 있어서,
상기 과산화수소 검출 장치는, 상기 과산화수소 검출 센서를 환원시키기 위한 에너지 주입부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 검출 장치.
- 제 7 항에 있어서,
상기 에너지 주입부는 자외선 또는 전류를 에너지원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 검출 장치.
- 제 8 항에 있어서,
상기 에너지 주입부는, 자외선 또는 전류를 10초 이내로 가하여 에너지를 주입하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 검출 장치.
- 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상부에 그래핀 시트를 증착하는 단계; 및
상기 그래핀 시트의 상부에 금속 나노와이어 혼합액을 도핑하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 검출 센서의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 과산화수소는 기체상의 과산화수소인 것을 특징으로 하는 과산화수소 검출 센서의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 금속 나노와이어는 은 나노와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 검출 센서의 제조 방법.
- 제 12 항에 있어서,
상기 은 나노와이어와 상기 그래핀 시트의 무게 비율은 10 내지 30%인 것을 특징으로 하는 과산화수소 검출 센서의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 그래핀 시트의 증착은 화학기상증착법으로 수행되는 것을 특징으로 하는 과산화수소 검출 센서의 제조 방법.
- 제 14 항에 있어서,
상기 그래핀 시트는 단층으로 이루어진 것을 특징으로 하는 과산화수소 검출 센서의 제조 방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 도핑은, 상기 그래핀 시트를 상기 금속 나노와이어 혼합액에 침지하여,
상기 혼합액을 4분 동안 1150 rpm으로 스터링하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 검출 센서의 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170088903A KR101957460B1 (ko) | 2017-07-13 | 2017-07-13 | 과산화수소 검출 센서, 이를 포함하는 과산화수소 검출 장치 및 이를 제조하는 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170088903A KR101957460B1 (ko) | 2017-07-13 | 2017-07-13 | 과산화수소 검출 센서, 이를 포함하는 과산화수소 검출 장치 및 이를 제조하는 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20190015644A true KR20190015644A (ko) | 2019-02-14 |
| KR101957460B1 KR101957460B1 (ko) | 2019-06-19 |
Family
ID=65366150
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020170088903A KR101957460B1 (ko) | 2017-07-13 | 2017-07-13 | 과산화수소 검출 센서, 이를 포함하는 과산화수소 검출 장치 및 이를 제조하는 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101957460B1 (ko) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110133092A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-08-16 | 西北工业大学 | 基于超轻银纳米线气凝胶催化的过氧化氢电化学传感器及方法 |
| KR20210013889A (ko) * | 2019-07-29 | 2021-02-08 | 고려대학교 산학협력단 | 과산화수소 측정용 스트립 및 그 제조방법 |
| KR20220095485A (ko) * | 2020-12-30 | 2022-07-07 | 플로우닉스 주식회사 | 저항변화율을 이용한 감극제 농도 측정 장치 및 방법 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110097361A (ko) * | 2010-02-25 | 2011-08-31 | 충남대학교산학협력단 | 산화티탄을 포함한 탄소나노튜브/폴리아닐린 가스센서 및 이의 제조방법 |
| KR101468646B1 (ko) | 2013-01-08 | 2014-12-03 | 서강대학교산학협력단 | 나노구조체를 이용한 과산화수소 검출용 센서 |
| KR20160085951A (ko) * | 2015-01-08 | 2016-07-19 | 가천대학교 산학협력단 | 환원된 그래핀 옥사이드와 금속나노입자의 복합체 필름 및 호스라디시 페록시다제를 포함하는 과산화수소 센서 및 그 제조방법 |
-
2017
- 2017-07-13 KR KR1020170088903A patent/KR101957460B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110097361A (ko) * | 2010-02-25 | 2011-08-31 | 충남대학교산학협력단 | 산화티탄을 포함한 탄소나노튜브/폴리아닐린 가스센서 및 이의 제조방법 |
| KR101468646B1 (ko) | 2013-01-08 | 2014-12-03 | 서강대학교산학협력단 | 나노구조체를 이용한 과산화수소 검출용 센서 |
| KR20160085951A (ko) * | 2015-01-08 | 2016-07-19 | 가천대학교 산학협력단 | 환원된 그래핀 옥사이드와 금속나노입자의 복합체 필름 및 호스라디시 페록시다제를 포함하는 과산화수소 센서 및 그 제조방법 |
| KR101686890B1 (ko) | 2015-01-08 | 2016-12-16 | 가천대학교 산학협력단 | 환원된 그래핀 옥사이드와 금속나노입자의 복합체 필름 및 호스라디시 페록시다제를 포함하는 과산화수소 센서 및 그 제조방법 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| "Non-covalent functionalization of CVD-grown graphene with Au nanoparticles for electrochemical sensing application", Indrajit Shown 외, Journal of Nanostructure in Chemistry, 6권, 281-288쪽(2016.08.04.) * |
| "Prospects for graphene-nanoparticle-based hybrid sensors", Perry T.Yin 외, 15권, 12785-12799쪽(2013.08.21.) * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110133092A (zh) * | 2019-04-30 | 2019-08-16 | 西北工业大学 | 基于超轻银纳米线气凝胶催化的过氧化氢电化学传感器及方法 |
| KR20210013889A (ko) * | 2019-07-29 | 2021-02-08 | 고려대학교 산학협력단 | 과산화수소 측정용 스트립 및 그 제조방법 |
| KR20220095485A (ko) * | 2020-12-30 | 2022-07-07 | 플로우닉스 주식회사 | 저항변화율을 이용한 감극제 농도 측정 장치 및 방법 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101957460B1 (ko) | 2019-06-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Young et al. | Multi-walled carbon nanotubes decorated with silver nanoparticles for acetone gas sensing at room temperature | |
| Drmosh et al. | Engineering the depletion layer of Au-modified ZnO/Ag core-shell films for high-performance acetone gas sensing | |
| Aroutiounian et al. | Thin-film SnO 2 and ZnO detectors of hydrogen peroxide vapors | |
| Yoo et al. | Effects of O2 plasma treatment on NH3 sensing characteristics of multiwall carbon nanotube/polyaniline composite films | |
| Li et al. | Surface treatment and doping dependence of In2O3 nanowires as ammonia sensors | |
| Lupan et al. | Low-temperature solution synthesis of Au-modified ZnO nanowires for highly efficient hydrogen nanosensors | |
| Chen et al. | 2, 4, 6‐Trinitrotoluene (TNT) chemical sensing based on aligned single‐walled carbon nanotubes and ZnO nanowires | |
| Jia et al. | Micro/nanostructured ordered porous films and their structurally induced control of the gas sensing performances | |
| Fan et al. | Au-decorated porous structure graphene with enhanced sensing performance for low-concentration NO 2 detection | |
| Sridevi et al. | Ultra sensitive NO2 gas detection using the reduced graphene oxide coated etched fiber Bragg gratings | |
| Lee et al. | A hydrogen gas sensor using single-walled carbon nanotube Langmuir–Blodgett films decorated with palladium nanoparticles | |
| KR101957460B1 (ko) | 과산화수소 검출 센서, 이를 포함하는 과산화수소 검출 장치 및 이를 제조하는 방법 | |
| KR101364138B1 (ko) | 팔라듐 입자가 코팅된 산화아연주석 나노로드, 이의 제조방법 및 이를 이용한 가스센서 | |
| US20200363365A1 (en) | Microchip electrochemical cell assembly | |
| KR101701917B1 (ko) | 가스센서의 제조방법 | |
| KR101898584B1 (ko) | 황화물 검출 센서, 이를 포함하는 황화물 검출 장치 및 이를 제조하는 방법 | |
| US20120282594A1 (en) | Method of enhanced detection for nanomaterial-based molecular sensors | |
| Parmar et al. | Ethanol sensing using CuO/MWNT thin film | |
| Lin et al. | Carbon nanotubes with adsorbed Au for sensing gas | |
| Lin et al. | Adsorption sensitivity of Ag-decorated carbon nanotubes toward gas-phase compounds | |
| Aroutiounian | Properties of hydrogen peroxide sensors made from nanocrystalline materials | |
| Tan et al. | A graphene-based surface plasmon sensor | |
| Hien et al. | Influence of surface morphology and doping of PPy film simultaneously polymerized by vapour phase oxidation on gas sensing | |
| Ramgir et al. | NO2 sensor based on Al modified ZnO nanowires | |
| Aroutiounian et al. | Nanostructured sensors for detection of hydrogen peroxide vapours |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |