KR20190046320A - Porous Metal Oxide Nanotube, Gas Sensing Layers Using the Same, and Their Fabrication Method - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a member for a gas sensor, a gas sensor using the same, and a manufacturing method thereof and, specifically, to a porous metal oxide nanotube including multiple p-n junctions formed as a part of metal oxides forming a metal oxide nanofiber is substituted to the metal oxide having an n-type property due to a galvanic substitution reaction to the metal oxide nanofiber having a p-type property, a member for a gas sensor using the same, a gas sensor, and manufacturing methods thereof. According to embodiments of the present invention, specifically, the member for a gas sensor forms a porous nanotube structure using the easy galvanic substitution reaction and can effectively detect gas by the p-n junction formed by the metal oxide having the n-type property substituted with the residual metal oxide having the p-type property at the same time. So, the member for a gas sensor, the gas sensor and the manufacturing method thereof are effectively provided due to convenient mass-production through an easy process.

Description

금속산화물 다공성 나노튜브 및 이를 이용한 가스센서 부재 및 그 제조방법{Porous Metal Oxide Nanotube, Gas Sensing Layers Using the Same, and Their Fabrication Method}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a metal oxide porous nanotube, a gas sensor member using the metal oxide porous nanotube,

본 발명은 가스센서용 부재, 이를 이용한 가스센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 전기방사법을 통해 p-type특성을 지닌 금속산화물 나노섬유를 합성하고, 갈바닉 치환반응을 통해 p-type특성을 지닌 금속산화물 나노섬유를 구성하는 p-type 금속산화물 중 일부를 n-type 금속산화물로 전환(치환)시켜 p-n 접합이 형성된n-type 금속산화물 다공성 나노튜브를 합성하는 내용 및 이를 이용한 가스센서용 부재, 가스센서 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a member for a gas sensor, a gas sensor using the same, and a method of manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a method of manufacturing a metal oxide nanofiber having p- Type metal oxide nanotubes having a pn junction formed by converting some of the p-type metal oxides constituting the metal oxide nanofibers having the n-type metal oxide into n-type metal oxides, and a gas sensor using the same Member, a gas sensor, and a manufacturing method thereof.

수명의 증가에 따라 개인의 건강관리에 관한 관심이 급증함에 따라, 헬스케어에 대한 사람들의 관심이 주목되면서, 인체의 질병진단을 위한 날숨 속에 포함되어 있는 질병의 생체지표인 휘발성 유기 화합물 가스와 인체주변의 유해환경 가스를 실시간으로 감지와 모니터링을 함으로써 특정기체를 감지하고 모니터링 하는 기술이 큰 관심을 받고 있다. 휘발성 유기 화합물 가스와 유해환경 가스를 감지하는 기술로써는 금속산화물 기반의 가스센서 기술이 많이 연구되고 있는데, 특히 가스에 대한 감도와 선택성을 증대시키기 위해 다공성 금속산화물, p-n 접합, 촉매결착 등 많은 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 금속산화물 반도체 기반의 소재를 이용한 저항변화식 가스센서는 공기중 저항 대비 특정 가스에 대한 저항의 상대적 비율(Rgas/Rair or Rair/Rgas)을 분석함에 따라 가스의 농도를 정량적으로 감지 할 수 있다. 상기 원리를 사용하는 금속산화물 반도체식 가스 센서는 간편하게 초소형으로 제작이 용이하고, 가격이 저렴하다는 큰 장점이 있어 알코올 음주 측정기, 대기 오염도 측정기, 유해 가스 누출 경보기 등 상용화에 많은 연구들이 진행되고 있다. 따라서 최근 모바일이나 소형 전자기기에 금속산화물 반도체 기반 가스센서를 연동하여 상용화하려는 시도가 활발히 진행되고 있다. 특히, 날숨 속에 존재하는 생체지표 가스를 감지하여 특정 질병을 조기에 진단할 수 있는 모니터링이 가능한 헬스케어용 날숨센서 연구가 주목 받고 있다. As interest in personal health care has increased rapidly as the lifespan has increased, attention has been paid to health care, and as volatile organic compound gas, which is a biomarker of diseases included in the exhalation for diagnosing human diseases, The technology to detect and monitor specific gases by receiving and monitoring harmful environment gas in real time is receiving great attention. In order to increase the sensitivity and selectivity of gas, many researches such as porous metal oxide, pn bonding, and catalytic bonding have been developed to detect volatile organic compound gas and harmful environmental gas. It is actively proceeding. The resistive gas sensor using the metal oxide semiconductor based material analyzes the relative ratio (R gas / R air or R air / R gas ) of the resistance to the specific gas relative to the air resistance so that the concentration of the gas is quantitatively Can be detected. The metal oxide semiconductor type gas sensor using the above principle has a great merit that it can be easily manufactured in an extremely small size and is inexpensive. Therefore, much research has been made on the commercialization of an alcohol drinking measuring instrument, an air pollution measuring instrument, a noxious gas leak alarm, and the like. Recently, attempts have been made to commercialize a metal oxide semiconductor based gas sensor in cooperation with a mobile or a small electronic device. Especially, researches on a healthcare ventilation sensor capable of monitoring a specific disease by detecting a living body gas present in an exhalation are getting attention.

인체의 날숨 속에는 3,500 여종 이상의 많은 종류의 혼합가스들이 포함되어 있기 때문에 특정 생체지표 가스를 선택적으로 감지할 수 있어야 한다. 또한, 사람의 날숨 속에 포함된 생체지표 가스는 특정 질병에 따라 10 ppb(part per billion) 에서 5 ppm(part per million) 범위의 낮은 농도로 방출되기 때문에 이를 감지하기 위해서는 10 ppb 급의 농도를 정확하게 감지할 수 있는 고감도 가스센서의 개발이 필요하다. 금속산화물 반도체 기반의 가스센서는 특정 가스가 표면에서 흡착 및 탈착하는 과정에서 발생하는 표면반응에 따른 전기 저항 변화를 측정하는 원리이기 때문에, 특정 가스에만 반응하는 선택성이 떨어지고, 수 ppb 수준의 매우 낮은 농도의 가스를 측정하기 어려운 단점이 있다. 따라서 금속 산화물 반도체 기반의 가스센서를 이용하여 헬스케어용 날숨센서로 사용되기 위해서는 높은 감도와 높은 선택성을 가지는 가스센서 감지소재의 개발이 시급한 실정이다.Since more than 3,500 kinds of mixed gases are contained in the body's exhalation, it is necessary to be able to selectively detect a specific bio-surface gas. In addition, since the biomass gas contained in a person's exhalation is emitted at a low concentration ranging from 10 ppb (part per billion) to 5 ppm (part per million) depending on a specific disease, It is necessary to develop a highly sensitive gas sensor that can detect the gas. Since a gas sensor based on a metal oxide semiconductor is a principle for measuring a change in electrical resistance due to a surface reaction occurring in the process of adsorption and desorption of a specific gas on the surface, the selectivity to react only with a specific gas is low, It is difficult to measure the concentration of the gas. Therefore, it is urgently required to develop a gas sensor sensing material having high sensitivity and high selectivity in order to be used as a healthcare aeration sensor using a metal oxide semiconductor gas sensor.

금속산화물 반도체 기반의 가스센서가 높은 감도와 높은 선택성을 갖기 위해서, 박막구조에 비해 비교적 넓은 표면적을 가지고 있는 나노섬유, 나노벨트, 나노튜브, 나노큐브 등의 나노구조체 설계를 통해, 가스센서의 감도를 나타내는 방식인 저항변화를 증대시키는 연구가 많이 진행되고 있다. 또한, 넓은 비표면적을 더욱 극대화 시키기 위해 작고 큰 기공들을 나노구조체에 형성시킴에 따라 감지소재 내부로 가스의 통기성이 증가되어 더 높은 감도를 기대할 수 있게 된다. 특히, 다공성 나노튜브 구조는 가스센서로서 이상적인 구조를 지니고 있다. 또한, 상기 다공성 나노튜브 구조가 p-type과 n-type 특성을 지닌 복합 금속산화물로 이루어 진다면, 서로 다른 이형계면간의 금속산화물의 일함수(work function) 차이에 의한 에너지밴드 밴딩이 형성되어 금속산화물 소재의 저항증가를 가져오게 되며, 환원성 가스에 노출됐을 시 더욱 큰 저항 변화를 가져오게 되어 높은 감도를 기대할 수 있게 된다. In order to have a high sensitivity and high selectivity, gas sensor based on metal oxide semiconductor is designed to have a relatively large surface area compared to the thin film structure, through nanostructure design of nanofibers, nanotubes, nanotubes, nanocubes, There are many researches to increase the resistance change, which is a method of representing the resistance. In addition, as the large and small pores are formed in the nanostructure in order to further maximize the wide specific surface area, the gas permeability into the sensing material increases and higher sensitivity can be expected. In particular, the porous nanotube structure has an ideal structure as a gas sensor. In addition, if the porous nanotube structure is made of a composite metal oxide having p-type and n-type characteristics, energy banding due to a difference in work function between metal oxides between different kinds of interfaces is formed, The resistance of the material is increased, and when exposed to the reducing gas, a larger resistance change is brought about, so that high sensitivity can be expected.

이와 같이 다양한 형태의 나노구조체의 개발과 더불어 다양한 p-n 접합 형성이 된 감지소재를 활용하는 연구가 진행되고 있음에도 불구하고 추가적인 단일 공정으로 합성되는 금속산화물 반도체 기반 감지소재는 아직까지 상용화되지 않은 실정이며, 헬스케어용 날숨센서의 실현을 위해서는 극미량의 가스를 선택적으로 감지할 수 있는 감지소재의 개발이 시급한 상황이다.In addition to the development of various types of nanostructures, research on the use of sensing materials having various pn junctions has been conducted. However, a sensing material based on a metal oxide semiconductor synthesized by an additional single process has not been commercialized yet, In order to realize the healthcare aerosol sensor, it is urgent to develop a sensing material capable of selectively sensing a very small amount of gas.

기존에 알려진 다공성 나노구조체 합성 방법으로는 화학적 증착 방법, 물리적 증착 방법, 희생층 템플릿을 이용한 방법 등이 연구되어 왔다. 하지만 이러한 방법들은 복잡하고 번거로운 공정과정들이 포함되어 대량생산이 어려운 점, 공정비용이 비싸다는 점, 공정시간이 오래 걸린다는 점 등, 많은 문제점을 가지고 있다.Conventional methods for synthesizing porous nanostructures include chemical vapor deposition, physical vapor deposition, and a method using a sacrificial layer template. However, these methods have many problems, including complicated and cumbersome process steps, which are difficult to mass-produce, that are expensive to process, and that the process takes a long time.

상기에서 언급한 단점들을 극복하기 위하여, 단일 공정으로 다공성 구조체와 p-n 접합을 이루고 있는 소재를 간단하고 효과적인 제조 방법으로 가스들과 반응하는 표면적이 넓은 특징의 감지소재 개발이 필요하다. In order to overcome the disadvantages mentioned above, it is necessary to develop a sensing material having a wide surface area in which a porous structure and a p-n junction are reacted with gases by a simple and effective manufacturing method in a single process.

본 발명의 실시예들은 전기방사법과 열처리를 통하여 p-type 특성을 띄는 금속산화물 나노섬유를 합성한 뒤 추가적인 갈바닉 치환반응을 통하여 n-type 특성을 띄는 금속산화물 다공성 나노튜브 소재를 합성할 수 있는 기술을 제공한다.Examples of the present invention include a technique capable of synthesizing metal oxide nanofibers having p-type characteristics through electrospinning and heat treatment and then synthesizing metal oxide porous nanotubes having n-type characteristics through additional galvanic substitution reaction .

특히, p-type 특성을 띄는 금속산화물 나노섬유를 추가적인 갈바닉 치환반응을 통해 넓은 비표면적을 지닌 다공성 나노튜브 구조와 n-type 특성을 띄는 금속산화물과 p-n 접합을 형성시켜 감도의 증대를 가져오는 감지소재 합성기술 및 이를 이용한 가스센서 응용기술을 제시한다. Particularly, metal oxide nanofibers having p-type characteristics can be formed by an additional galvanic substitution reaction to form a porous nanotube structure having a wide specific surface area and a n-type metal oxide and a pn junction to increase the sensitivity Material synthesis technology and gas sensor application technology using it are presented.

이는 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 방법으로 p-n 접합을 포함하고 있는 n-type특성을 지닌 금속산화물 다공성 나노튜브를 이용하여 극미량의 가스를 검출해 낼 수 있는 가스센서용 부재, 이를 이용한 가스 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.This is a method for solving the problems of the prior art, which is a member for a gas sensor capable of detecting a trace amount of gas using metal oxide porous nanotubes having n-type characteristics including a pn junction, a gas sensor using the same, And a manufacturing method thereof.

p-type 특성을 띄는 금속산화물 나노섬유에 대한 갈바닉 치환반응을 통해 상기 금속산화물 나노섬유를 구성하는 금속산화물 중 일부가 n-type 특성을 띄는 금속산화물로 치환됨에 따라 다수의 p-n 접합을 포함하는 금속산화물 다공성 나노튜브를 형성하는 것을 특징으로 하는 p-n 접합 1차원 금속산화물 다공성 나노튜브 기반 가스센서용 부재를 제공한다.a part of the metal oxides constituting the metal oxide nanofibers is replaced with a metal oxide having an n-type characteristic through a galvanic substitution reaction on metal oxide nanofibers having p-type characteristics, The present invention provides a member for a pn junction one-dimensional metal oxide porous nanotube-based gas sensor, which is characterized by forming an oxide porous nanotube.

일 측면에 따르면, 상기 금속산화물 다공성 나노튜브는 외경의 크기가 50 nm - 10 μm의 길이 범위에 포함되고, 내경의 크기가 5 nm - 5 μm의 길이 범위에 포함되며, 외벽과 내벽 사이의 두께가 45 nm - 5 μm의 두께 범위에 포함되고, 길이가 1 μm - 100 μm의 범위에 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to an aspect of the present invention, the metal oxide porous nanotube has a diameter of 50 nm to 10 μm, an inner diameter of 5 nm to 5 μm, a thickness between the outer wall and the inner wall Is included in the thickness range of 45 nm - 5 μm, and the length is included in the range of 1 μm - 100 μm.

다른 측면에 따르면, 상기 금속산화물 다공성 나노튜브는, 섬유 표면과 내부에서 상기 갈바닉 치환반응 이후에 존재하는 잔여 p-type 금속산화물과의 p-n 접합구조를 복수 개 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the metal oxide porous nanotubes form a plurality of p-n junction structures between the remaining p-type metal oxide existing after the galvanic substitution reaction on the fiber surface and inside of the fiber.

또 다른 측면에 따르면, 상기 금속산화물 다공성 나노튜브는, 상기 갈바닉 치환반응 동안 상기 p-type 특성을 띄는 금속산화물 나노섬유를 구성하는 p-type 금속산화물의 일부가 n-type금속산화물로 치환되면서 표면과 내부에 직경이 2 nm - 50 nm 범위에 포함되는 다수의 기공을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect of the present invention, in the metal oxide porous nanotube, a portion of the p-type metal oxide constituting the metal oxide nanofibers having the p-type characteristic during the galvanic substitution reaction is substituted with an n-type metal oxide, And a plurality of pores having a diameter in the range of 2 nm to 50 nm are formed in the inside.

또 다른 측면에 따르면, 상기 p-type 특성을 띄는 금속산화물 나노섬유의 평균 결정립 크기는 50 nm - 300 nm의 범위에 포함되며, 상기 금속산화물 다공성 나노튜브의 평균 결정립 크기는 10 nm - 200 nm의 범위에 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect, the average grain size of the metal oxide nanofibers having p-type characteristics is in the range of 50 nm to 300 nm, and the average grain size of the metal oxide porous nanotubes is 10 nm to 200 nm The present invention is not limited thereto.

또 다른 측면에 따르면, 상기 p-type 특성을 띄는 금속산화물 나노섬유의 종류는 Co3O4, CuO, Fe2O3, Ag2O, PdO, RuO2, Rh2O3, NiO, Fe3O4, V2O5 및 Cr2O3 중 적어도 하나를 포함하며, 상기 금속산화물 다공성 나노튜브는 TiO2, ZnO, WO3, SnO2, In2O3, V2O3 및 MoO3 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the metal oxide nanofibers having p-type characteristics include Co 3 O 4 , CuO, Fe 2 O 3 , Ag 2 O, PdO, RuO 2 , Rh 2 O 3 , NiO, Fe 3 O 4 , V 2 O 5, and Cr 2 O 3 , and the metal oxide porous nanotubes may include at least one of TiO 2 , ZnO, WO 3 , SnO 2 , In 2 O 3 , V 2 O 3, and MoO 3 .

(a) 금속산화물 전구체와 고분자가 녹아 있는 전기방사 용액을 제조하는 단계; (b) 상기 전기방사 용액에 대한 전기방사를 통해 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유를 형성하는 단계; (c) 고온열처리를 통하여 상기 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유를 p-type 기반의 금속산화물 나노섬유로 합성하는 단계; 및 (d) 갈바닉 치환반응을 이용하여 상기 p-type 기반의 금속산화물 나노섬유를 구성하는 p-type 금속산화물의 일부를 n-type 금속산화물로 치환시켜 다수의 p-n 접합을 포함하는 금속산화물 다공성 나노튜브를 제작하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 p-n 접합 1차원 금속산화물 다공성 나노튜브 기반 가스센서용 부재의 제조방법을 제공한다.(a) preparing an electrospinning solution in which a metal oxide precursor and a polymer are dissolved; (b) forming a metal oxide precursor / polymer composite nanofiber by electrospinning the electrospinning solution; (c) synthesizing the metal oxide precursor / polymer composite nanofiber into a p-type-based metal oxide nanofiber through a high-temperature heat treatment; And (d) substituting a part of the p-type metal oxide constituting the p-type-based metal oxide nanofibers with an n-type metal oxide using a galvanic substitution reaction to form a metal oxide porous nano- Wherein the porous nanotube-based gas sensor is formed of a porous metal oxide nanoparticle.

여기서, 상기 (a) 단계는 전기방사를 위한 전기방사 용액을 제조하는 단계로, 금속산화물 전구체와 일정 점도를 부여하는 고분자를 용매에 혼합하여 전기방사용액을 제조한다. 이때 사용되는 대표적 고분자로는, 폴리퍼퓨릴알콜(PPFA), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, Polymethyl methacrylate), 폴리아크릴 공중합체, 폴리비닐아세테이트(PVAc, Polyvinyl acetate), 폴리비닐아세테이트 공중합체, 폴리스티렌(PS, Polystyrene), 폴리비닐피롤리돈(PVP, Polyvinylpyrrolidone), 폴리스티렌 공중합체, 폴리에틸렌 옥사이드(PEO, Polyethylene oxide), 폴리에틸렌 옥사이드 공중합체, 폴리카보네이트(PC), 폴리비닐클로라이드(PVC, Polyvinyl chloride), 폴리프로필렌옥사이드 공중합체, 폴리카프로락톤, 폴리비닐풀루오라이드, 폴리비닐리덴풀루오라이드 (PVDF, Poly(vinylidene fluoride)), 폴리비닐리덴풀루오라이드 공중합체, 폴리이미드(Polyimide), 폴리아크릴로나이트릴(PAN, Polyacrylonitrile), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, Polyethylene terephthalate), 폴리프로필렌옥사이드(PPO, Polypropylene oxide), 폴리비닐알콜(PVA, Polyvinyl alcohol), 스타이렌 아크릴로나이트릴(SAN, Styrene-acrylonitrile), 폴리카보네이트(PC, polycarbonate), 폴리아닐린(PANI, Polyaniline), 폴리프로필렌(PP, Polypropylene) 및 폴리에틸렌(PE, Polyethylene) 중에서 선택된 1 종 혹은 2 종 이상의 혼합물이 사용될 수 있다. 전기방사용액을 구성하는 고분자는 각각의 특정 용매에 대한 중량비 0.1 ~ 90 wt% 범위에서 제조될 수 있다. 전기방사 용액에 있어서 용매는 물(Deionized water), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran), 메탄올(Methanol), 아이소프로판올(Isopropanol), 프름산(Formic acid), 아세토니트릴(Acetonitrile), 나이트로메테인(Nitromethane), 초산(Acetic acid), 에탄올(Ethanol), 아세톤(Acetone), 에틸렌 글리콜(EG, Ethylene glycol), 디메틸 술폭시드(DMSO, dimethyl sulfoxide), 디메틸포름아마이드(DMF, Dimethylformamide), 디메틸아세트아마이드(DMAc, Dimethylacetamide) 및 톨루엔(Toluene) 중에서 선택된 1 종 혹은 2 종 이상의 혼합 용매를 이용할 수 있다. 이때, (a) 단계에서 전기방사 용액의 점도를 조절함으로써, 갈바닉 치환반응에서 희생층 템플릿으로 사용되는 p-type 기반의 금속산화물 나노섬유의 두께를 조절할 수 있다.The step (a) is a step of preparing an electrospinning solution for electrospinning, wherein a metal oxide precursor and a polymer which gives a certain viscosity are mixed in a solvent to prepare an electrospinning solution. Representative polymers used in this case include polypropyl alcohol (PPFA), polymethyl methacrylate (PMMA), polyacrylic copolymer, polyvinyl acetate (PVAc), polyvinyl acetate copolymer, polystyrene (PS), polystyrene, polyvinylpyrrolidone (PVP), polystyrene copolymer, polyethylene oxide (PEO), polyethylene oxide copolymer, polycarbonate (PC), polyvinyl chloride (PVC) , Polypropylene oxide copolymer, polycaprolactone, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylidene fluoride copolymer, polyimide, polyacrylate (PAN, polyacrylonitrile), polyethylene terephthalate (PET), polypropylene oxide (PPO) Polyvinyl alcohol (PVA), styrene-acrylonitrile (SAN), polycarbonate (PC), polyaniline (PANI), polypropylene (PP) , And polyethylene) may be used. The polymer constituting the electrolytic solution may be prepared in a weight ratio of 0.1 to 90 wt% with respect to each specific solvent. In the electrospinning solution, the solvent is selected from the group consisting of water (Deionized water), tetrahydrofuran, methanol, isopropanol, formic acid, acetonitrile, nitromethane ), Acetic acid, ethanol, acetone, ethylene glycol (EG), dimethyl sulfoxide (DMSO), dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide DMAc, Dimethylacetamide) and toluene (Toluene) may be used. At this time, the thickness of the p-type-based metal oxide nanofiber used as the sacrificial layer template in the galvanic substitution reaction can be controlled by controlling the viscosity of the electrospinning solution in the step (a).

또한, 상기 (b) 단계는 (a) 단계에서 합성한 전기방사용액을 전기방사공정을 이용하여 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유를 방사하는 단계로, 금속산화물 전구체가 균일하게 녹아있고, 나노섬유 형상을 가지고 있는 것을 특징으로 한다. 또한 복합 나노섬유들이 크고 작은 기공을 가진 매트릭스(matrix)를 이루고 있어, 가스의 통기성을 증대시켜 줄 수 있는 것을 특징으로 한다.The step (b) is a step of spinning the metal oxide precursor / polymer composite nanofiber using the electrospinning process of the electrospinning solution synthesized in step (a), wherein the metal oxide precursor is uniformly dissolved, Shape. Also, the composite nanofibers are formed as a matrix having large and small pores, thereby increasing the gas permeability.

또한, 상기 (c) 단계는 고온열처리과정을 통해서 p-type특성을 갖는 금속산화물 나노섬유 구조를 합성하는 단계이며, 열처리를 통해 고분자는 열분해되어 제거되며, 금속 전구체는 산화되면서 금속산화물 나노섬유를 형성하는 특징을 가진다. 이때, 열처리 이후에도 나노섬유의 형상이 유지되는 것을 특징으로 한다.The step (c) is a step of synthesizing a metal oxide nanofiber structure having a p-type property through a high-temperature heat treatment process. The polymer is thermally decomposed and removed through heat treatment, and the metal precursor is oxidized to form a metal oxide nanofiber . At this time, the shape of the nanofiber is maintained even after the heat treatment.

상기 (d) 단계에서는 갈바닉 치환반응을 이용하여 p-type의 특성을 갖는 금속산화물 나노섬유를 구성하는 p-type 금속산화물의 일부가 n-type 금속산화물로 치환되어 다수의 p-n 접합을 포함하는 금속산화물 다공성 나노튜브가 제작될 수 있다. 이때 p-type 금속산화물은 (c) 단계에서 금속산화물 전구체가 산화되어 형성된 금속산화물의 입자를 의미할 수 있으며, 이러한 p-type 금속산화물의 일부가 갈바닉 치환반응을 통해 n-type 금속산화물로 치환됨에 따라 다수의 p-n 접합이 형성될 수 있다. 갈바닉 치환을 통해서 형성된 금속산화물 다공성 나노튜브는 금속산화물과 이온간의 산화, 환원반응을 통해 type 전환이 일어나는 것을 특징으로 하며, 치환반응 시간에 따라 치환되는 금속산화물의 양을 조절하여 반도체적 특성(p-type 또는 n-type 금속산화물의 함유 비율)을 조절 할 수 있으며, 금속산화물 다공성 나노튜브의 외벽과 내벽 사이의 두께 및 표면과 내부에 형성되는 기공의 양을 조절할 수 있는 특징을 가진다. In the step (d), a portion of the p-type metal oxide constituting the metal oxide nanofibers having p-type characteristics is replaced with an n-type metal oxide using a galvanic substitution reaction to form a metal containing a plurality of pn junctions Oxide porous nanotubes can be produced. The p-type metal oxide may be a metal oxide particle formed by oxidizing the metal oxide precursor in step (c). Part of the p-type metal oxide may be replaced with an n-type metal oxide through a galvanic substitution reaction. A plurality of pn junctions can be formed. The metal oxide porous nanotubes formed through galvanic substitution are characterized in that the type conversion occurs through the oxidation and reduction reactions between the metal oxide and the ions. The amount of the metal oxide to be substituted is controlled by the substitution reaction time, -type or n-type metal oxide) can be controlled. The thickness of the metal oxide porous nanotube between the outer wall and the inner wall, and the amount of pores formed on the surface and inside can be controlled.

또한 p-n 접합 1차원 금속산화물 다공성 나노튜브 기반 가스센서용 부재의 제조방법은 상기 (d) 단계에서 얻어진 금속산화물 다공성 나노튜브에 원심분리를 이용한 세척과정 및 건조과정을 적용하는 단계를 더 포함할 수 있다.The manufacturing method of the pn junction one-dimensional metal oxide porous nanotube-based gas sensor member may further include a step of applying a cleaning process and a drying process using centrifugal separation to the metal oxide porous nanotube obtained in the step (d) have.

본 발명에 따르면, 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유를 합성한 후, 추가 고온 열처리를 통해 p-type특성을 갖는 금속산화물 나노섬유를 합성하고, 갈바닉 치환반응을 통하여 p-n 접합이 존재하는 금속산화물 다공성 나노튜브를 간단하게 제작함으로써, 기존 p-type금속산화물에 비해 다공성 나노튜브 구조를 갖기 때문에 상대적으로 더 넓은 비표면적을 제공할 수 있으며, p-n 접합의 형성에 따라 효과적으로 저항변화를 극대화 할 수 있기 때문에 가스센서특성을 향상시킬 수 있다.According to the present invention, a metal oxide precursor / polymer composite nanofiber is synthesized, and then a metal oxide nanofiber having p-type characteristics is synthesized through an additional high-temperature heat treatment. The metal oxide nanofiber having a p- By simply fabricating the nanotubes, the nanotubes have a porous nanotube structure compared to conventional p-type metal oxides, which can provide a relatively larger specific surface area, and can effectively maximize the resistance change as the pn junction is formed The gas sensor characteristic can be improved.

상기에서 언급한대로, 반도체 특성type전환과 다공성 나노튜브로 형성시킬 수 있는 단일공정 갈바닉 치환반응을 통해, 가스센서부재의 다공성 나노튜브 구조에 의한 비표면적 극대화와 p-n 접합 형성을 통한 극미량의 가스를 검출해 낼 수 있는 높은 감도 특성과 함께, 특정 가스를 검출할 수 있는 우수한 선택성을 가지며, 대량 생산이 가능한 가스 센서용 부재, 가스 센서 및 그 제조 방법을 개시할 수 있는 효과를 갖는다.As mentioned above, through the conversion of the semiconductor characteristic type and the single process galvanic substitution reaction that can be formed with porous nanotubes, it is possible to maximize the specific surface area by the porous nanotube structure of the gas sensor member and detect the trace gas by forming the pn junction It is possible to disclose a member for a gas sensor, a gas sensor and a method of manufacturing the same, which have high selectivity for detecting a specific gas, which can be mass-produced.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는 첨부도면은, 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 n-type금속산화물 다공성 나노튜브 가스 센서용 부재의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 n-type금속산화물 다공성 나노튜브 구조를 이용한 가스 센서 제조 방법의 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 열처리와 갈바닉 치환반응을 이용하여 n-type금속산화물 다공성 나노튜브 제조 공정을 보여주는 그림이다.
도 4는 본 발명의 실시예1에 따른 갈바닉 치환반응을 1시간, 4시간 진행한 p-type SnO2/Co3O4 과 n-type SnO2/Co3O4 다공성 나노튜브의 주사전자 현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예1에 따른 갈바닉 치환반응을 1시간, 4시간 진행한 p-type SnO2/Co3O4 과 n-type SnO2/Co3O4 다공성 나노튜브의 투과전자현미경 사진이다.
도 6은 본 발명의 비교예1에 따른 p-type Co-3O4 나노섬유의 주사전자 현미경 사진이다.
도 7은 본 발명의 비교예 1및 실시예 1 를 통하여 p-type Co-3O4 나노섬유와 갈바닉 치환반응 1 시간, 그리고 4시간 진행하여 제작된 p-type SnO2/Co3O4 과 n-type SnO2/Co3O4 다공성 나노튜브가 아세톤 가스에 노출되었을 때 변화하는 저항변화 그래프이다.
도 8은 본 발명의 비교예 1및 실시예 1 를 통하여 p-type Co-3O4 나노섬유와 각각 갈바닉 치환반응 1 시간, 4시간 진행되어 제작된 p-type SnO2/Co3O4 과 n-type SnO2/Co3O4 다공성 나노튜브가 400 ℃에서 아세톤 가스 (0.4-5 ppm)에 대한 반응성 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예1에 따른 n-type SnO2/Co3O4 다공성 나노튜브의 400 ℃에서 아세톤(CH3COCH3)에 대한 에탄올(C2H6O), 메르캅탄(CH3SH), 톨루엔(C7H8), 황화수소(H2S), 일산화탄소(CO), 펜탄(C5H12), 암모니아(NH3) 가스(5 ppm)에 대한 선택성을 나타내는 그래프이다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this specification, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.
1 is a schematic view of a member for an n-type metal oxide porous nanotube gas sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a flowchart of a method of manufacturing a gas sensor using an n-type metal oxide porous nanotube structure according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a view showing a process of manufacturing an n-type metal oxide porous nanotube using a heat treatment and a galvanic substitution reaction according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing the results of a galvanic substitution reaction according to Example 1 of the present invention. FIG. 4 is a graph showing the results of scanning electron microscopy of p-type SnO 2 / Co 3 O 4 and n-type SnO 2 / Co 3 O 4 porous nanotubes It is a photograph.
FIG. 5 is a graph showing the transmission electron microscope (SEM) of p-type SnO 2 / Co 3 O 4 and n-type SnO 2 / Co 3 O 4 porous nanotubes after 1 hour and 4 hours of galvanic substitution reaction according to Example 1 of the present invention It is a photograph.
6 is a scanning electron micrograph of p-type Co- 3 O 4 nanofibers according to Comparative Example 1 of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing the results of comparison of p-type SnO 2 / Co 3 O 4 produced with 1-hour and 4-hour galvanic substitution reaction with p-type Co- 3 O 4 nanofibers through Comparative Example 1 and Example 1 of the present invention It is a graph of change in resistance when n-type SnO 2 / Co 3 O 4 porous nanotubes are exposed to acetone gas.
FIG. 8 is a graph showing the results of comparison of p-type SnO 2 / Co 3 O 4 produced with p-type Co- 3 O 4 nanofibers through galvanic substitution reaction for 1 hour and 4 hours through Comparative Example 1 and Example 1, The n-type SnO 2 / Co 3 O 4 porous nanotubes are graphs of reactivity against acetone gas (0.4-5 ppm) at 400 ° C.
9 is a graph showing the results of measurement of ethanol (C 2 H 6 O), mercaptan (CH 3 CO 3 ), and mercapto (CH 3 COCH 3 ) in n-type SnO 2 / Co 3 O 4 porous nanotubes according to Example 1 of the present invention at 400 ° C. 3 SH), toluene (C 7 H 8 ), hydrogen sulfide (H 2 S), carbon monoxide (CO), pentane (C 5 H 12 ) and ammonia (NH 3 ) gas (5 ppm).

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by the terms, and the terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another Is used.

이하, p-type 특성을 띄는 금속산화물 나노섬유들을 구성하는 p-type 금속산화물의 일부가 갈바닉 치환반응을 통하여 n-type 금속산화물로 치환되는 원리를 이용한 가스센서용 부재, 가스 센서 및 그 제조방법에 대해서 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명한다.Hereinafter, a member for a gas sensor, a gas sensor, and a manufacturing method thereof using a principle in which a part of a p-type metal oxide constituting metal oxide nanofibers having p-type characteristics is substituted with an n-type metal oxide through a galvanic substitution reaction Will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 실시예들은 전기방사법과 열처리를 통하여 p-type 특성을 띄는 금속산화물 나노섬유를 합성한 뒤 추가적인 갈바닉 치환반응을 통하여 n-type 특성을 띄는 금속산화물 다공성 나노튜브 소재를 용액공정으로 합성하는 것을 특징으로 한다. The embodiments of the present invention synthesize metal oxide nanofibers having p-type characteristics through electrospinning and heat treatment, and synthesize metal oxide porous nanotubes having n-type characteristics through an additional galvanic substitution reaction by a solution process .

기존에 연구된 p-type특성을 가지는 금속산화물 나노섬유 경우 n-type특성의 금속산화물에 비해 특정기체에 대한 낮은 반응성과 선택성이 좋지 않은 물질로 보고 되고 있다. 이런 반응성을 증대시키기 위해 일반적으로 희생층 템플레이트를 사용하거나, 벨트 또는 튜브로의 형상제어를 통해 표면적을 증대시키는 방법과, 가스분자와의 더 많은 표면 화학반응을 유도하기 위해 나노 크기의 촉매를 결착 시킴에 따라 특정 가스에 선택성과 표면반응에 참여하는 흡착이온의 농도를 증가시키는 화학적 증감 (chemical sensitization) 방법과 산화수 변화에 따른 특성을 기반으로 감도를 향상 시키는 전자적 증감 (electronic sensitization)의 방법을 이용하여 감도를 향상시킬 수 있다. 하지만 이런 방법들은 추가적인 공정과 촉매로 사용되는 희유금속들의 지속적인 가격 인상의 문제점들은 가스센서 대량생산 관점에서 공정과 단가의 증대를 가져올 수 있는 한계를 가지고 있다. It has been reported that metal oxide nanofibers having p-type characteristics, which have been studied in the past, have poor reactivity and selectivity to specific gases compared with n-type metal oxides. In order to increase this reactivity, a sacrificial layer template is generally used, a method of increasing the surface area by controlling the shape of a belt or a tube, a method of attaching a nano-sized catalyst to induce more surface chemical reaction with gas molecules According to the chemical sensitization method, a chemical sensitization method that increases the concentration of adsorbed ions participating in the selectivity and surface reaction to a specific gas and an electronic sensitization method that improves the sensitivity based on the change of the oxidation state are used So that the sensitivity can be improved. However, these methods have limitations in that the problems of the continuous price increase of the rare metals used as the additional process and the catalyst can lead to an increase in the process and the unit price in terms of mass production of the gas sensor.

이러한 한계를 극복하기 위하여, 본 발명의 실시예들 에서는 전기방사법과 열처리를 통하여 p-type 특성을 띄는 금속산화물을 합성 후 추가적인 갈바닉 치환반응을 통하여 감지특성이 좋은 n-type 특성을 띄는 금속산화물로 치환을 시킴과 동시에 넓은 비표면적을 갖는 다공성 튜브구조 및 잔여하는 p-type 금속산화물과 치환된 n-type 금속산화물간에 p-n 접합이 형성되도록 하여 특정가스에 대한 감지특성을 극대화 시킨 가스센서용 부재, 가스센서 및 그 제조방법을 구현하는 것을 특징으로 한다. In order to overcome these limitations, in embodiments of the present invention, metal oxides having p-type characteristics are synthesized through electrospinning and heat treatment, and metal oxides having n-type characteristics with good detection characteristics through additional galvanic substitution reaction A member for a gas sensor having a porous tube structure having a large specific surface area and a pn junction between a remaining p-type metal oxide and a substituted n-type metal oxide, thereby maximizing sensing characteristics for a specific gas, Gas sensor and a manufacturing method thereof.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 n-type금속산화물 다공성 나노튜브 (100) 가스 센서용 부재의 모식도를 도시하고 있다. 여기서, n-type 금속산화물 다공성 나노튜브 (100)는 p-type 특정을 띄는 금속산화물의 적어도 일부가 n-type으로 치환됨에 따라 n-type 특성을 갖게 되는 금속산화물 다공성 나노튜브를 포함할 수 있으며, 이러한 금속산화물 다공성 나노튜브는 n-type 특성을 띄는 금속산화물 (111)과 p-type 특성을 띄는 금속산화물 (110)이 서로 p-n 접합을 이루고 있는 것을 특징으로 하며, 다공성 나노튜브 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.FIG. 1 is a schematic view of a member for an n-type metal oxide porous nanotube 100 gas sensor according to an embodiment of the present invention. Here, the n-type metal oxide porous nanotube 100 may include a metal oxide porous nanotube having an n-type property as at least a part of the metal oxide having p-type specificity is substituted with n-type The metal oxide porous nanotubes are characterized in that a metal oxide 111 having n-type characteristics and a metal oxide 110 having p-type characteristics are pn-bonded to each other. The porous metal nanotube having a porous nanotube structure .

다시 말해, 금속산화물 다공성 나노튜브는, 섬유 표면과 내부에서 갈바닉 치환반응 이후에 존재하는 잔여 p-type 금속산화물과의 p-n 접합구조를 복수 개 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.In other words, the metal oxide porous nanotubes may be characterized by forming a plurality of p-n junction structures between the fiber surface and the remaining p-type metal oxide existing after the galvanic substitution reaction inside the fiber surface.

이때, 금속산화물 다공성 나노튜브는 n-type으로서는 TiO2, ZnO, WO3, SnO2, In2O3, V2O3, MoO3 등과 같은 n-type 특성을 띄는 어떠한 금속산화물 중 하나의 금속산화물을 포함할 수 있으며, p-type 으로서는 Co3O4, CuO, Fe2O3, Ag2O, PdO, RuO2, Rh2O3, NiO, Fe3O4, V2O5, Cr2O3, MnO2 등과 같이 p-type 특성을 띄는 금속산화물 모든 종류 중에서 적어도 하나의 금속산화물을 포함할 수 있다.At this time, the metal oxide porous nanotubes are n-type TiO 2 , ZnO, WO 3 , SnO 2 , In 2 O 3 , V 2 O 3 , MoO 3, and the like. The p-type may include any of metal oxides such as Co 3 O 4 , CuO, Fe 2 O 3 , Ag 2 O, PdO, RuO 2 , Rh At least one metal oxide selected from the group consisting of all kinds of metal oxides having p-type characteristics such as 2 O 3 , NiO, Fe 3 O 4 , V 2 O 5 , Cr 2 O 3 and MnO 2 .

또한, 금속산화물 다공성 나노튜브는 외경의 크기가 50 nm - 10 μm의 길이 범위에 포함되고, 내경의 크기가 5 nm - 5 μm의 길이 범위에 포함되며, 외벽과 내벽 사이의 두께가 45 nm - 5 μm의 두께 범위에 포함되고, 길이가 1 μm - 100 μm의 범위에 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the metal oxide porous nanotubes have an outer diameter in the range of 50 nm to 10 μm, an inner diameter in the range of 5 nm to 5 μm, a thickness between the outer wall and the inner wall of 45 nm - 5 μm, and the length is in the range of 1 μm to 100 μm.

또한, 갈바닉 치환반응 시간에 따라서 형성되는 n-type 특성을 띄는 금속산화물의 양과 기공의 크기를 조절 가능하며, 이에 따라 금속산화물 다공성 튜브구조의 주된 표면 특성이 n-type 및 p-type을 나타낼 수 있다. 보다 구체적으로, 갈바닉 치환반응의 진행 시간을 조절함에 따라 금속산화물 다공성 나노튜브에서의 p-type 금속산화물과 n-type 금속산화물의 함유 비율을 조절할 수 있다. In addition, it is possible to control the amount of metal oxide and the pore size of the n-type characteristic formed according to the galvanic substitution reaction time, and thus, the main surface characteristics of the metal oxide porous tube structure are n-type and p- have. More specifically, it is possible to control the content ratio of the p-type metal oxide and the n-type metal oxide in the metal oxide porous nanotube by controlling the progress time of the galvanic substitution reaction.

예를 들어, 금속산화물 다공성 나노튜브는, 갈바닉 치환반응 동안 p-type 특성을 띄는 금속산화물 나노섬유를 구성하는 p-type 금속산화물의 일부가 n-type 금속산화물로 치환되면서 표면과 내부에 직경이 2 nm - 50 nm 범위에 포함되는 다수의 기공을 형성하는 것을 특징으로 할 수 있다.For example, a metal oxide porous nanotube has a structure in which a portion of a p-type metal oxide constituting a metal oxide nanofiber having p-type characteristics during a galvanic substitution reaction is substituted with an n-type metal oxide, And forming a plurality of pores in the range of 2 nm to 50 nm.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기방사법과 열처리를 통하여 p-type 특성을 띄는 금속산화물 나노섬유를 합성한 뒤 추가적인 갈바닉 치환반응을 통하여 n-type 특성을 띄는(보다 구체적으로는 p-n 접합을 포함하는) 금속산화물 다공성 나노튜브 구조를 이용한 가스센서용 부재의 제조방법의 순서도를 보여주고 있다. 도 2의 순서도에 보여지다시피, 가스센서 부재의 제조방법은 금속산화물 전구체와 고분자가 녹아 있는 전기방사 용액을 제조하는 단계 (S210); 상기 전기방사 용액에 대한 전기방사를 통해 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유를 형성하는 단계 (S220); 고온열처리를 통하여 상기 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유를 p-type 기반의 금속산화물 나노섬유로 합성하는 단계 (S230); 갈바닉 치환반응을 이용하여 상기 p-type 기반의 금속산화물 나노섬유를 구성하는 p-type 금속산화물의 일부를 n-type 금속산화물로 치환시켜 다수의 p-n 접합을 포함하는 금속산화물 다공성 나노튜브를 제작하는 단계 (S240); 및 상기 제작된 p-n 접합을 포함하는 금속산화물 다공성 나노튜브에 원심분리를 이용한 세척과정 및 건조과정을 적용하는 단계 (S240)를 포함할 수 있다. 하기에서는 상기의 각 단계에 대해서 보다 상세히 설명한다.FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a method of synthesizing metal oxide nanofibers having p-type characteristics through electrospinning and heat treatment according to an embodiment of the present invention. Then, the metal oxide nanofibers having n-type characteristics (more specifically, And a method of manufacturing a member for a gas sensor using the metal oxide porous nanotube structure (including the metal oxide porous nanotube structure). As shown in the flowchart of FIG. 2, the manufacturing method of the gas sensor member includes the steps of manufacturing (S210) an electrospinning solution in which a metal oxide precursor and a polymer are dissolved; Forming a metal oxide precursor / polymer composite nanofiber by electrospinning the electrospinning solution (S220); (S230) synthesizing the metal oxide precursor / polymer composite nanofiber with a p-type based metal oxide nanofiber through a high-temperature heat treatment; A metal oxide porous nanotube including a plurality of pn junctions is prepared by substituting a part of a p-type metal oxide constituting the p-type based metal oxide nanofibers with an n-type metal oxide using a galvanic substitution reaction Step S240; And applying a washing process and a drying process using centrifugal separation to the metal oxide porous nanotube including the p-n junction fabricated at step S240. Each of the above steps will be described in more detail below.

첫 번째로, 금속산화물 전구체와 고분자가 녹아 있는 전기방사 용액을 제조하는 단계 (S210)를 살펴본다. 이러한 단계 (S210)는 금속산화물 전구체/고분자 혼합 전기방사 용액을 제조하는 과정일 수 있다. 방사 용액에 사용되는 고분자는 중량평균분자량이 높아 충분한 점도를 가질 수 있는 고분자라면 제한되지 않는다. First, a step S210 of manufacturing an electrospinning solution in which a metal oxide precursor and a polymer are dissolved will be described. This step (S210) may be a process for preparing a metal oxide precursor / polymer mixed electrospinning solution. The polymer used in the spinning solution is not limited as long as it has a high weight average molecular weight and can have a sufficient viscosity.

전기방사 용액에 사용되는 용매는 전기방사에 사용되는 고분자를 녹일 수 있는 용매이면 특정 용매에 제약을 두지는 않는다. 예를 들면, 에탄올, 메탄올, 프로판올, 부탄올, IPA, 디메틸포름아마이드(dimethylformamide, DMF), 아세톤, 데트라하이드로퓨란, 톨루엔, 물 및 이들의 혼합물에서 선택된 용매를 이용할 수 있다.The solvent used in the electrospinning solution does not limit the specific solvent as long as it can dissolve the polymer used for electrospinning. For example, solvents selected from ethanol, methanol, propanol, butanol, IPA, dimethylformamide (DMF), acetone, tetrahydrofuran, toluene, water and mixtures thereof can be used.

추가적으로, 본 단계에서 사용되는 금속산화물 전구체는 용매에 용해되어야 하며 고온 열처리시 TiO2, ZnO, WO3, SnO2, IrO2, In2O3, V2O3, MoO3 등과 같은 가스의 흡착 및 탈착시 저항변화가 생기는 반도체 금속산화물 나노섬유를 형성할 수 있는 금속염을 포함하는 전구체라면 특정한 금속염에 제한을 두지 않는다. In addition, the metal oxide precursor used in this step must be dissolved in a solvent, and TiO 2 , ZnO, WO 3 , SnO 2 , IrO 2 , In 2 O 3 , V 2 O 3 , There is no limitation on a specific metal salt as long as it is a precursor including a metal salt capable of forming a semiconductor metal oxide nanofiber in which resistance changes upon adsorption and desorption of a gas such as MoO 3 .

전기방사 용액을 형성하기 위한 금속산화물 전구체와 고분자의 중량 비율은 1:1-2 정도를 갖는 것이 바람직하다. The weight ratio of the metal oxide precursor and the polymer for forming the electrospinning solution is preferably about 1: 1-2.

전기방사 용액을 제조하는 과정은 먼저, 금속산화물 전구체를 용매에 완전히 용해시킨 뒤, 전기방사가 용이하게 진행되기 위해 일정 점도를 가질 수 있도록 일정 비율의 고분자를 상기 금속산화물 전구체가 녹아있는 용매에 넣고 고분자가 충분하게 녹을 수 있는 온도에서 교반을 시켜준다. 충분한 교반을 통해서 균일한 혼합 전기방사용액을 준비한다. 이때, 전기방사 용액의 점도를 조절함으로써, 갈바닉 치환반응에서 희생층 템플릿으로 사용되는 p-type 기반의 금속산화물 나노섬유의 두께를 조절할 수 있다.The electrospun solution is prepared by first dissolving the metal oxide precursor in a solvent and then adding a certain amount of the polymer to a solvent in which the metal oxide precursor is dissolved so that the electrospinning can be easily performed Allow the polymer to stir at a temperature sufficient to melt. Prepare a homogeneous mixture of electrolytic solution by sufficient agitation. At this time, the thickness of the p-type-based metal oxide nanofiber used as a sacrificial layer template in the galvanic substitution reaction can be controlled by controlling the viscosity of the electrospinning solution.

단계 (S220)은 상기 단계 (S210)를 통해 준비된 복합 전기방사 용액을 이용하여 전기방사를 실시하는 과정일 수 있으며, 이를 위해 복합 전기방사 용액을 일정크기의 시린지에 채운 후, 시린지 펌프를 통하여 일정 속도로 전기방사 용액을 토출시켜 준다. 전기방사 시스템은 고전압기, 접지된 전도성 기판, 시린지, 시린지 노즐을 포함하여 구성될 수 있으며, 시린지에 채워진 용액과 전도성 기판 사이에 5-30 kV 내외로 고전압을 전가하여 전기장이 형성되게 하며, 형성된 전기장으로 인해 시린지 노즐을 통해 토출되는 방사용액이 나노섬유 형태로 형성되도록 전기방사를 실행하여 준다. 전기방사가 진행되는 동안 방사용액은 집전판에 집전되기까지 방사용액의 용매가 휘발됨에 따라 고체 형태의 고분자 섬유가 형성될 수 있다. 상세하게는, 토출 속도는 0.01-1 ml/분 내외로 조절될 수 있으며 토출량 속도와 전가되는 전압의 조절을 통해 원하는 직경을 갖는 전구체/고분자 복합 나노섬유를 제작할 수 있다. Step S220 may be a step of performing electrospinning using the composite electrospinning solution prepared in step S210. To this end, the composite electrospinning solution is filled into a syringe of a predetermined size, And discharges the electrospinning solution at a predetermined rate. The electrospinning system may include a high voltage generator, a grounded conductive substrate, a syringe, and a syringe nozzle. A high voltage of about 5-30 kV is applied between the solution filled in the syringe and the conductive substrate to form an electric field. The electrospinning is performed so that the spinning solution discharged through the syringe nozzle due to the electric field is formed into a nanofiber shape. During the electrospinning process, the spinning liquid may form solid polymeric fibers as the solvent of the spinning solution volatilizes until collecting on the collector plate. In detail, the discharge speed can be adjusted to about 0.01-1 ml / min, and the precursor / polymer composite nanofiber having a desired diameter can be manufactured through controlling the rate of discharge and the voltage to be transferred.

다음으로, 단계 (S230)을 통해 상기 제작된 복합 나노섬유를 금속산화물로 산화시키기 위해 열처리 과정을 진행한다. 열처리 조건은200 - 1000 ℃의 온도범위가 바람직하며, 열처리 과정 동안 나노섬유를 이루고 있던 고분자는 열분해되어 제거되고, 금속이온들은 산화되어p-type 특성을 가지는 금속산화물 나노섬유를 형성하게 된다. 이때 p-type 금속산화물을 형성하기 위한 금속전구체는 Cu2(CNS)4, Ni4(C3H3N2)8, Mg3O3(CO2)3, Co3O3(CO2)3, Ni3O3(CO2)3, Mn3O3(CO2)3, Fe3O3(CO2)3, Cu3O3(CO2)3, Al(OH)(CO2)2, VO(CO2)2, Co(NO3)2, Co(O2CCH3), Cr3O(CO2)6, Ga3O(CO2)6, Cu2O(CO2)4, Zn2O(CO2)4, Mo2O(CO2)4, Cr2O(CO2)4, Co2O(CO2)4, Ru2O(CO2)4, Zr6O4(OH4), Zr6O4(CO2)12, Zr6O8(CO2)8, In(C5HO4N2)4, Na(OH)2(SO-3)3와 같은 종류를 한 종류 이상 포함할 수 있고, p-type 금속산화물을 형성할 수 있는 전구체라면 특정한 금속염에 제한을 두지 않는다.Next, in step S230, a heat treatment process is performed to oxidize the fabricated composite nanofibers to metal oxides. The heat treatment is preferably performed at a temperature in the range of 200-1000 ° C. During the heat treatment, the nanofibers are thermally decomposed and oxidized to form metal oxide nanofibers having p-type characteristics. The metal precursor for forming the p-type metal oxide is Cu 2 (CNS) 4 , Ni 4 (C 3 H 3 N 2 ) 8, Mg 3 O 3 (CO 2 ) 3 and Co 3 O 3 (CO 2 ) 3, Ni 3 O 3 (CO 2) 3, Mn 3 O 3 (CO 2) 3, Fe 3 O 3 (CO 2) 3, Cu 3 O 3 (CO 2) 3, Al (OH) (CO 2) 2, VO (CO 2) 2 , Co (NO 3) 2, Co (O 2 CCH 3), Cr 3 O (CO 2) 6, Ga 3 O (CO 2) 6, Cu 2 O (CO 2) 4 , Zn 2 O (CO 2 ) 4 , Mo 2 O (CO 2) 4 , Cr 2 O (CO 2) 4, Co 2 O (CO 2) 4, Ru 2 O (CO 2) 4, Zr 6 O 4 (OH 4), Zr 6 O 4 ( CO 2) 12, Zr 6 O 8 (CO 2) 8, In (C 5 HO 4 N 2) 4, Na (OH) 2 (SO- 3) may comprise more than one type, such as the type 3, p -type If the precursor is capable of forming a metal oxide, there is no restriction on the specific metal salt.

단계 (S240)는 상기 p-type 특성을 갖는 금속산화물 나노섬유를 구성하는 p-type 금속산화물의 적어도 일부를 갈바닉 치환반응을 이용해 n-type 특성을 갖는 금속산화물 다공성 나노튜브 물질로 재료적 특성을 바꾸는 단계이다. 갈바닉 치환과정을 통해서 상기 p-type 특성을 갖는 금속산화물 나노섬유는 식각되어 이온화되기 때문에, 표면에 다수의 기공을 형성할 수 있고 나노섬유 구조에서 중공형태의 섬유인 나노튜브 형성할 수 있는 특징을 가지고 있다. 또한, 이온상태로 존재하던 n-type 금속산화물은 이온상태에서 금속산화물로 석출이 되기 때문에 다공성 나노튜브 구조를 유지할 수 있다. 여기서 갈바닉 치환반응은 상온 내지는 100 ℃ 내의 온도범위에서 용액상태 화학반응이 진행되며, 균일한 교반 과정을 통해서 발생될 수 있다. 예를 들어, p-type 특성을 갖는 금속산화물 나노섬유가 균일하게 분산되어 있는 용액을 80 ℃ - 100 ℃로 온도를 유지시켜주고, 37 % 농도의 염산(hydrochloric acid), 올레산(oleic acid) 및 올레일아민(oleylamine)을 첨가하여 갈바닉 치환반응을 진행할 수 있다.In step S240, at least a part of the p-type metal oxide constituting the metal oxide nanofibers having the p-type characteristic is converted into a metal oxide porous nanotube material having an n-type characteristic by a galvanic substitution reaction. . Since the metal oxide nanofibers having p-type characteristics are etched and ionized through a galvanic replacement process, a number of pores can be formed on the surface, and a nanotube, which is a hollow fiber, can be formed in the nanofiber structure Have. In addition, since the n-type metal oxide existing in an ion state precipitates as a metal oxide in the ion state, the porous nanotube structure can be maintained. Here, the galvanic substitution reaction proceeds in a solution state chemical reaction at a temperature ranging from room temperature to 100 ° C, and can be generated through a uniform stirring process. For example, a solution in which metal oxide nanofibers having p-type characteristics are uniformly dispersed is maintained at a temperature of 80 ° C to 100 ° C, and hydrochloric acid, oleic acid and Oleylamine may be added to conduct a galvanic substitution reaction.

또한, 갈바닉 치환반응의 진행 시간을 조절함으로써, p-n 접합을 포함하는 금속산화물 다공성 나노튜브의 외벽과 내벽 사이의 두께, 표면과 내부에 형성되는 기공의 양, 결정립 크기 및 반도체적 특성(p-type 또는 n-type 금속산화물의 함유 비율)을 조절할 수 있다.Further, by controlling the progress time of the galvanic substitution reaction, the thickness of the metal oxide porous nanotubes including the pn junction, the thickness between the outer wall and the inner wall, the amount of pores formed on the surface and inside, the grain size, Or the content ratio of the n-type metal oxide) can be controlled.

마지막으로 단계 (S250)에서 상기 생성된 n-type 특성을 갖는 금속산화물 다공성 나노튜브 물질을 얻기 위해, 원심분리를 통하여 용액에 분산되어 있는 n-type 특성을 갖는 금속산화물 다공성 나노튜브를 분리해 내고, 건조과정을 통해서 n-type 특성을 갖는 금속산화물 다공성 나노튜브 파우더를 얻을 수 있다. 이때 원심분리 회전속도는 1000 rpm - 3000 rpm 범위가 바람직하다.Finally, in step S250, to obtain the metal oxide porous nanotube material having the n-type characteristics, the metal oxide porous nanotubes having n-type characteristics dispersed in the solution are separated through centrifugation , And a metal oxide porous nanotube powder having n-type characteristics can be obtained through a drying process. The centrifugal rotation speed is preferably in the range of 1000 rpm to 3000 rpm.

실질적으로 n-type 특성을 갖는 금속산화물 다공성 나노튜브는 치환되지 않고 남은 p-type 금속산화물과 치환된 n-type 금속산화물간의 p-n 접합을 포함하는 동시에 n-type 특성을 갖는 금속산화물 다공성 나노튜브를 포함할 수 있다. 갈바닉 치환반응의 진행 시간에 따라 p-type 금속산화물과 n-type 금속산화물의 함유 비율이 조절될 수 있으며, p-type 금속산화물이 모두 n-type 금속산화물로 치환되는 경우도 고려할 수 있다.A metal oxide porous nanotube having substantially n-type characteristics includes a p-type n-type metal oxide and a substituted n-type metal oxide, and at the same time, a metal oxide porous nanotube having n-type characteristics . The content ratio of the p-type metal oxide and the n-type metal oxide may be controlled depending on the progress of the galvanic substitution reaction, and the case where the p-type metal oxide is substituted with the n-type metal oxide may be considered.

실시예에 따라 p-n 접합을 포함하는 금속산화물 다공성 나노튜브를 이용하여 환경유해가스 (NOx, SOx) 및 생체지표(biomarker) 가스 (CH3COCH3, H2S, C7H8, EtOH) 중 적어도 하나의 가스 검출이 가능한 가스센서를 제조하는 단계가 더 포함될 수 있다.(NO x , SO x ) and biomarker gases (CH 3 COCH 3 , H 2 S, C 7 H 8 , EtOH) using a metal oxide porous nanotube containing a pn junction according to an embodiment The method comprising the steps of: preparing a gas sensor capable of detecting at least one gas among the gas sensors.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 p-type 특성을 갖는 금속산화물 나노섬유를 갈바닉 치환반응을 이용하여 n-type 특성을 갖는 금속산화물 다공성 나노튜브 기반 가스센서용 부재의 제조방법에 따른 제조공정 과정을 개략적으로 도시하고 있다. 구체적으로, 전기방사를 통하여 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유를 형성시킨 후, 추가적인 열처리를 통하여 p-type 특성을 갖는 금속산화물 나노섬유를 얻는다. 그 후, 갈바닉 치환반응을 이용하여 p-type의 금속산화물 나노섬유를 n-type 금속산화물 다공성 나노튜브로 치환시켜, n-type 특성을 갖는 금속산화물 다공성 나노튜브를 합성하게 된다.FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a method of manufacturing a metal oxide porous nanotube-based gas sensor member having n-type characteristics by using a galvanic substitution reaction of metal oxide nanofibers having p-type characteristics according to an embodiment of the present invention Which schematically illustrates the process. Specifically, a metal oxide precursor / polymer composite nanofiber is formed through electrospinning, and then a metal oxide nanofiber having p-type characteristics is obtained through additional heat treatment. Thereafter, the metal oxide nanotubes having n-type characteristics are synthesized by substituting p-type metal oxide nanofibers with n-type metal oxide porous nanotubes using a galvanic substitution reaction.

실시예 1: n-type SnOExample 1: Preparation of n-type SnO 22 /Co/ Co 33 OO 44 다공성 나노튜브 제조 Porous nanotube manufacturing

우선적으로 n-type SnO2/Co3O4 다공성 나노튜브를 합성하기 위해서, 비교예 1을 통하여 합성된 0.06 g 의 p-type 금속산화물 나노섬유를 2 g의 올레일아민(oleylamine), 0.14 g의 올레산(oleic acid)을 10 mL의 자일렌(xylene) 용매에 넣어준 후 약 90 ℃의 온도에서 2시간동안의 교반을 통해 분산시켜준다. 추가적으로, 2 M 농도의 SnCl2 용액 2 ml과 0.7 mL의 37 % 농도의 염산을 상기 용액에 넣고 1시간 과 4 시간동안 반응을 시켜준다. 갈바닉 치환 반응에 따라, 추가적으로 결착되는 SnO2양에 따라 금속산화물 표면 특성을 조절할 수 있다. In order to synthesize n-type SnO 2 / Co 3 O 4 porous nanotubes, 0.06 g of p-type metal oxide nanofibers synthesized through Comparative Example 1 was mixed with 2 g of oleylamine, 0.14 g Of oleic acid is added to 10 mL of xylene solvent and dispersed at about 90 DEG C for 2 hours with stirring. In addition, 2 ml of 2 M SnCl 2 solution and 0.7 ml of 37% strength hydrochloric acid are added to the solution and reacted for 1 hour and 4 hours. According to the galvanic substitution reaction, the surface properties of the metal oxide can be controlled depending on the amount of SnO 2 additionally bound.

도 4는 상기와 같은 과정으로 n-type SnO2/Co3O4 다공성 나노튜브의 주사전자 현미경 사진을 나타낸다. 주사전자현미경 사진과 같이, 갈바닉 반응을 통해서 Co3O4 금속산화물 나노섬유가 SnO2 금속산화물로 치환되면서, 중공구조의 나노튜브 형상을 형성함과 결정립 크기가 작아지는 것을 확인할 수 있다. 예를 들어, p-type 특성을 띄는 금속산화물 나노섬유의 평균 결정립 크기는 50 nm - 300 nm의 범위에 포함될 수 있고, 금속산화물 다공성 나노튜브의 평균 결정립 크기는 10 nm - 200 nm의 범위에 포함될 수 있다.FIG. 4 is a scanning electron micrograph of n-type SnO 2 / Co 3 O 4 porous nanotubes as described above. As shown in the scanning electron microscope photograph, it can be confirmed that the Co 3 O 4 metal oxide nanofiber is substituted with the SnO 2 metal oxide through the galvanic reaction to form a hollow nanotube shape and a grain size becomes smaller. For example, the average grain size of the metal oxide nanofibers having p-type characteristics may be in the range of 50 nm to 300 nm, and the average grain size of the metal oxide porous nanotubes may be in the range of 10 nm to 200 nm .

도 5는 상기와 같은 과정으로 형성된 n-type SnO2/Co3O4 다공성 나노튜브의 투과전자 현미경 사진, 고해상도 투과전자 현미경 사진 및 SAED 패턴을 나타내는 사진이다. TEM 분석을 통해서, 갈바닉 치환반응 시간에 따라, 나노튜브 중공구조의 크기가 조절됨을 알 수 있고, 고해상도 투과전자 현미경과 SAED패턴을 통해서 나노튜브를 이루고 있는 금속산화물 특성이 n-type 및 p-type 특성을 갖는 SnO2/Co3O4 다공성 나노튜브를 형성할 수 있음을 확인할 수 있다. 자세하게는, 갈바닉 치환반응을 1시간 진행할 경우 p-type 특성의 SnO2/Co3O4 다공성 나노튜브가 n-type특성을 가지는 SnO2/Co3O4 다공성 나노튜브로의 치환이 전체적으로 균일하게 일어나지 않기 때문에 p-type에서 n-type 으로 특성 전환이 되지 않지만, 반응시간이 4시간 경우 치환반응이 충분하게 일어날 수 있어, p-type에서 n-type 으로 특성 전환이 되어 n-type SnO2/Co3O4 다공성 나노튜브를 형성할 수 있다. FIG. 5 is a photograph showing a transmission electron microscope photograph, a high-resolution transmission electron microscope photograph and a SAED pattern of the n-type SnO 2 / Co 3 O 4 porous nanotube formed by the above process. TEM analysis shows that the size of the nanotube hollow structure is controlled according to the time of galvanic substitution reaction and the characteristics of the metal oxide forming nanotubes through the high resolution transmission electron microscope and SAED pattern are n-type and p-type It is possible to form SnO 2 / Co 3 O 4 porous nanotubes having the characteristics of the present invention. Specifically, in the case proceed with galvanic substituted react for 1 hour substitution of a p-type characteristics of SnO 2 / Co 3 O 4 is porous nanotube SnO 2 / Co 3 having an n-type characteristic O 4 porous nanotube as a whole uniform Type SnO 2 / N-type SnO 2 / N-type SnO 2 / N-type SnO 2 / N-type SnO 2 / Co 3 O 4 porous nanotubes can be formed.

비교예 1. 순수한 p-type CoComparative Example 1. A pure p-type Co 33 OO 44 나노섬유 제조  Manufacture of nanofibers

상기 실시예1와 비교되는 비교예로는 실시예 1과 달리 p-type 특성을 갖는 금속산화물 나노섬유를 합성하였다. 구체적으로, 코발트산화물 전구체인 코발트아세테이트 (cobalt acetate) 0.75 g을 DMF용매 2 g에 용해시키고 상기 용액에 점도를 부여하기 위해서 중량평균 1,300,000 g/mol을 가지는 폴리비닐피롤리돈 (Polyvinylpyrrolidone, PVP) 0.25 g을 첨가하여 충분히 교반한다. 여기서 언급한 교반조건은 상온에서 회전속도 500 rpm에서 적어도 5시간 이상 교반시켜주는 것을 의미한다. 이렇게 형성된 코발트산화물 전구체/고분자 혼합 전기방사 용액은 전기방사용 시린지 (Henke-Sass Wolf, 10 mL NORM-JECT)에 담아주고 시린지 펌프에 연결하여, 0.2 ml/분의 토출 속도로 방사용액을 밀어주며 전기방사 시에 이용되는 니들(needle)은 23 gauge를 사용함과 동시에 노즐과 나노섬유를 수집하는 집전체와의 거리는 20 cm로 유지시키면서 15 kV 정도의 고전압을 걸어주어 코발트산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유를 제작하였다. As compared with Example 1, metal oxide nanofibers having p-type characteristics were synthesized, unlike Example 1. Specifically, 0.75 g of a cobalt oxide precursor, cobalt acetate, was dissolved in 2 g of a DMF solvent and polyvinylpyrrolidone (PVP) 0.25 (weight average) having a weight average of 1,300,000 g / mol was added to give a viscosity to the solution. g, and sufficiently stirred. The stirring conditions referred to herein means stirring at room temperature for at least 5 hours at a rotation speed of 500 rpm. The cobalt oxide precursor / polymer mixed electrospinning solution thus formed was placed in an electric syringe (Henke-Sass Wolf, 10 mL NORM-JECT), connected to a syringe pump, and pumped at a discharge rate of 0.2 ml / min The needle used for electrospinning was a 23 gauge needle while maintaining a distance of 20 cm from the collector collecting the nozzle and nanofibers while applying a high voltage of about 15 kV to the cobalt oxide precursor / Respectively.

상기의 합성된 코발트산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유는 고온 열처리를 통하여 고분자를 제거하여 주고 코발트산화물 전구체의 산화과정을 통해서 코발트산화물을 형성하게 된다. 고온 열처리 조건은 600 ℃에서 1시간 동안 이루어졌으며, 승온 속도는 5 ℃/min으로 일정하게 유지시켜 주었고 온도의 하강속도는 40 ℃/분으로 일정하게 유지시켰다. 상기 방법을 통하여 순수한 p-type Co3O4 나노섬유를 합성할 수 있다.The synthesized cobalt oxide precursor / polymer composite nanofiber is subjected to high temperature heat treatment to remove the polymer and form a cobalt oxide through oxidation of the cobalt oxide precursor. The high temperature heat treatments were performed at 600 ℃ for 1 hour, and the heating rate was kept constant at 5 ℃ / min. The temperature lowering rate was kept constant at 40 ℃ / min. By this method, pure p-type Co 3 O 4 nanofiber can be synthesized.

도 6은 상기 비교예 1과정을 통해서 합성된 순수한 p-type Co-3O4 나노섬유의 주사전자 현미경 사진이다. 제작된 순수한 p-type Co-3O4 나노섬유는 200-300 nm 크기범위를 가지는 것을 특징으로 한다.6 is a scanning electron micrograph of pure p-type Co- 3 O 4 nanofibers synthesized through the process of Comparative Example 1. FIG. The fabricated pure p-type Co- 3 O 4 nanofibers are characterized by having a size range of 200-300 nm.

실험예 1. n-type SnOEXPERIMENTAL EXAMPLE 1 Preparation of n-type SnO 22 /Co/ Co 33 OO 44 다공성 나노튜브를 이용한 가스 센서 제조 및 특성 평가 Fabrication and characterization of gas sensor using porous nanotubes

상기의 실시예 1과 비교예 1로 제작된 가스센서용 감지소재를 날숨질병진단센서로 제조하기 위하여, n-type SnO2/Co3O4 다공성 나노튜브, p-type SnO2/Co3O4 다공성 나노튜브 및 순수한 p-type Co3O4 나노섬유 소재를 5 mg을 에탄올 300 μl에 분산시킨 뒤, 1분 동안 초음파 세척을 통하여 분쇄 과정을 거친다. 에탄올에 분산된 n-type SnO2/Co3O4 다공성 나노튜브, p-type SnO2/Co3O4 다공성 나노튜브 및 순수한 p-type Co3O4 나노섬유 소재들을 각각 150 μm의 간격으로 떨어져 있는 두 평행한 금(Au) 전극이 형성된 3 mm × 3 mm 크기의 알루미나 기판 상부에 드랍 코팅(Drop coating) 방법을 이용하여 코팅하였다. 코팅 과정은 마이크로 피펫을 이용하여 상기에 제작된 에탄올에 분산되어 있는 5 μl의 나노물질들을 센서전극 부분이 있는 알루미나 기판 위에 도포한 후, 60 ℃ 핫플레이트 상에서 건조시키는 과정을 거쳤으며 3회 정도 같은 과정을 반복하였다. 또한, 날숨센서의 특성평가를 위해서 제작된 가스센서는 사람의 입에서 나오는 기체의 습도와 유사한 상태인 85~95 RH%의 상대 습도에서 각각 당뇨 진단 위한 지표가스인 아세톤(CH3COCH3) 가스의 농도를 5, 4, 3, 2, 1, 0.6 0.4 ppm으로 변화시킴과 동시에 센서의 구동 온도는 400 ℃에서 유지시키며 각 가스에 대한 반응도 특성을 평가하였다. 추가적으로 가스센서의 선택성을 확인하기 위하여 다양한 질병의 생체지표인 에탄올(C2H6O), 메르캅탄(CH3SH), 톨루엔(C7H8), 황화수소(H2S), 일산화탄소(CO), 펜탄(C5H12) 및 암모니아(NH3) 가스(5 ppm)에 대해서도 감지특성을 평가하여 선택적 가스감지 특성을 평가하였다.In order to fabricate the sensing material for the gas sensor fabricated in Example 1 and Comparative Example 1 with an exhalation disease diagnosis sensor, n-type SnO 2 / Co 3 O 4 porous nanotubes, p-type SnO 2 / Co 3 O 4 Porous nanotubes and pure p-type Co 3 O 4 nanofibers were dispersed in 300 μl of ethanol and then subjected to ultrasonic washing for 1 minute. The nanotubes of n-type SnO 2 / Co 3 O 4 porous nanotubes dispersed in ethanol, p-type SnO 2 / Co 3 O 4 porous nanotubes and pure p-type Co 3 O 4 nanofibers were dispersed at 150 μm intervals A drop coating method was applied to an upper surface of a 3 mm × 3 mm alumina substrate on which two parallel gold (Au) electrodes were formed. In the coating process, 5 μl of nanomaterials dispersed in ethanol prepared above was coated on an alumina substrate having a sensor electrode portion and then dried on a hot plate at 60 ° C., The process was repeated. In addition, the gas sensor manufactured for the evaluation of the characteristics of the expiratory flow sensor has an acetone (CH 3 COCH 3 ) gas as an indicator gas for diagnosis of diabetes at a relative humidity of 85 to 95 RH%, which is similar to the humidity of the gas coming out from a human mouth. The reaction temperature was maintained at 400 ℃ and the reactivity characteristics of each gas were evaluated. In addition, in order to confirm the selectivity of the gas sensor, ethanol (C 2 H 6 O), mercaptan (CH 3 SH), toluene (C 7 H 8 ), hydrogen sulfide (H 2 S), carbon monoxide ), Pentane (C 5 H 12 ), and ammonia (NH 3 ) gas (5 ppm).

도 7 은 본 발명의 비교예 1및 실시예 1 를 통하여 p-type Co-3O4 나노섬유와 갈바닉 치환반응 1 시간, 4시간 진행되어 제작된 p-type SnO2/Co3O4 과 n-type SnO2/Co3O4 다공성 나노튜브 및 순수한 p-type Co3O4 나노섬유가 아세톤 가스에 노출되었을 때 변화하는 저항변화 테스트 결과이다FIG. 7 is a graph showing the relation between p-type SnO 2 / Co 3 O 4 and n-type SnO 2 / Co 3 O 4 prepared by the p-type Co- 3 O 4 nanofibers and galvanic substitution reaction for 1 hour and 4 hours through Comparative Example 1 and Example 1, -type SnO 2 / Co 3 O 4 Porous nanotubes and pure p-type Co 3 O 4 nanofibers are the result of varying resistance changes when exposed to acetone gas

일반적으로 p-type 특성을 지닌 금속산화물 경우, 환원성 가스에 노출이 되었을 때 금속산화물의 저항이 증가하는 반면에, n-type 특성을 지닌 금속산화물은 저항이 감소하게 된다. 이 결과를 통해 보았을 때, 순수한 p-type Co3O4 나노섬유와 갈바닉 치환반응이 1시간 진행되어 얻어진 p-type SnO2/Co3O4 다공성 나노튜브 소재경우 저항이 증가하는 p-type 센서특성을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 반면, 갈바닉 치환반응 4 시간 진행된 n-type SnO2/Co3O4 다공성 나노튜브 경우 저항이 감소되는 n-type 센서특성을 나타내는 것을 알 수 있다. 이 결과, 갈바닉 치환반응 시간에 따라 n-type 과 p-type의 표면특성을 조절 가능한 것을 특징으로 한다.Generally, in the case of metal oxide having p-type characteristics, the resistance of the metal oxide increases when exposed to reducing gas, while the resistance of metal oxide having n-type characteristics decreases. The p-type SnO 2 / Co 3 O 4 porous nanotubes obtained from the pure p-type Co 3 O 4 nanofibers and the galvanic substitution reaction for 1 hour, Quot ;. < / RTI > On the other hand, the n-type SnO 2 / Co 3 O 4 porous nanotubes exhibited a reduced resistance when the galvanic substitution reaction proceeded for 4 hours. As a result, it is possible to control the n-type and p-type surface characteristics according to the galvanic substitution reaction time.

도 8은 400℃에서 아세톤 가스의 농도가 5, 4, 3, 2, 1, 0.6, 0.4 ppm으로 감소할 때의 반응도 값을 시간에 따라 나타낸 센서 테스트 결과이다. 그래프에 나타난 바와 같이, n-type SnO2/Co3O4 다공성 나노튜브 소재가 순수한 p-type Co3O4 나노섬유에 비해 55배 이상 향상된 감도특성을 나타냄을 알 수 있다. 이는 갈바닉 치환을 통해, 다공성 나노튜브 구조를 통해 더 많은 아세톤과 표면반응을 증대 시켰고, p-type Co3O4와 n-type SnO2이 p-n 접합을 이뤄 저항변화를 더 극대화 되어 생기는 향상효과로 해석된다.FIG. 8 shows a result of a sensor test in which the degree of reaction when the concentration of acetone gas decreased at 5, 4, 3, 2, 1, 0.6, and 0.4 ppm at 400 ° C. over time. As shown in the graph, the n-type SnO 2 / Co 3 O 4 porous nanotube material exhibits an enhanced sensitivity of 55 times or more as compared to the pure p-type Co 3 O 4 nanofiber. This increases the surface reaction with acetone through the porous nanotube structure through the galvanic substitution, and the p-type Co 3 O 4 and the n-type SnO 2 form the pn junction, Is interpreted.

도 9는 n-type SnO2/Co3O4 다공성 나노튜브 소재의 아세톤에 대한 선택성 특성을 보여주는 그래프이다 에탄올(C2H6O), 메르캅탄(CH3SH), 톨루엔(C7H8), 황화수소(H2S), 일산화탄소(CO), 펜탄(C5H12) 및 암모니아(NH3) 가스(5 ppm)가스들과 비교하여 매우 우수한 아세톤 감지특성을 나타냄을 알 수 있다. 이 결과를 토대로, 인체의 날숨 속 여러 가지 생체지표 가스들 중 특정 생체지표가스를 감지하여 여러 가지 질병을 진단할 수 있는 헬스케어용 가스센서뿐만 아니라 유해환경가스 검출용 가스센서에 응용될 수 있다9 is n-type SnO 2 / Co 3 O 4 Porous a graph showing the selectivity characteristics of the acetone the nanotube material ethanol (C 2 H 6 O), mercaptan (CH 3 SH), toluene (C 7 H 8 ), Hydrogen sulfide (H 2 S), carbon monoxide (CO), pentane (C 5 H 12 ) and ammonia (NH 3 ) gas (5 ppm). Based on these results, the present invention can be applied not only to a gas sensor for health care, but also to a gas sensor for detecting harmful environmental gas, which can detect various kinds of diseases by sensing specific biochemical surface gas among various bio-surface gases in the exhalation of the human body

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention but to illustrate the present invention. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the scope of the present invention.

100: n-type 금속산화물 다공성 나노튜브에서 중공 튜브구조를 나타내는 부분.
110: n-type 금속산화물 다공성 나노튜브에서 p-type 특성을 갖는 금속산화물을 나타내는 부분.
111: n-type 금속산화물 다공성 나노튜브에서 n-type 특성을 갖는 금속산화물을 나타내는 부분.
100: n-type metal oxide porous nanotubes that represent hollow tube structures.
110: n-type metal oxide Part showing a metal oxide having p-type characteristics in a porous nanotube.
111: n-type metal oxide Part showing a metal oxide having n-type characteristics in a porous nanotube.

Claims (12)

p-type 특성을 띄는 금속산화물 나노섬유에 대한 갈바닉 치환반응을 통해 상기 금속산화물 나노섬유를 구성하는 금속산화물 중 일부가 n-type 특성을 띄는 금속산화물로 치환됨에 따라 다수의 p-n 접합을 포함하는 금속산화물 다공성 나노튜브를 형성하는 것을 특징으로 하는 p-n 접합 1차원 금속산화물 다공성 나노튜브 기반 가스센서용 부재.a part of the metal oxides constituting the metal oxide nanofibers is replaced with a metal oxide having an n-type characteristic through a galvanic substitution reaction on metal oxide nanofibers having p-type characteristics, Wherein the porous nanotubes are formed of oxide porous nanotubes. 제1항에 있어서,
상기 금속산화물 다공성 나노튜브는 외경의 크기가 50 nm - 10 μm의 길이 범위에 포함되고, 내경의 크기가 5 nm - 5 μm의 길이 범위에 포함되며, 외벽과 내벽 사이의 두께가 45 nm - 5 μm의 두께 범위에 포함되고, 길이가 1 μm - 100 μm의 범위에 포함되는 것을 특징으로 하는 p-n 접합 1차원 금속산화물 다공성 나노튜브 기반 가스센서용 부재.
The method according to claim 1,
The metal oxide porous nanotube has an outer diameter in the range of 50 nm to 10 μm, an inner diameter in the range of 5 nm to 5 μm, a thickness between the outer wall and the inner wall of 45 nm to 5 μm and the length is in the range of from 1 μm to 100 μm. A member for a gas sensor based on a one-dimensional pn-junction metal oxide porous nanotube.
제1항에 있어서,
상기 금속산화물 다공성 나노튜브는, 섬유 표면과 내부에서 상기 갈바닉 치환반응 이후에 존재하는 잔여 p-type 금속산화물과의 p-n 접합구조를 복수 개 형성하는 것을 특징으로 하는 p-n 접합 1차원 금속산화물 다공성 나노튜브 기반 가스센서용 부재.
The method according to claim 1,
Wherein the metal oxide porous nanotube forms a plurality of pn junction structures between the surface of the fiber and the remaining p-type metal oxide existing after the galvanic substitution reaction in the fiber surface. The pn junction 1-dimensional metal oxide porous nanotube Member for a base gas sensor.
제1항에 있어서,
상기 금속산화물 다공성 나노튜브는, 상기 갈바닉 치환반응 동안 상기 p-type 특성을 띄는 금속산화물 나노섬유를 구성하는 p-type 금속산화물의 일부가 n-type 금속산화물로 치환되면서 표면과 내부에 직경이 2 nm - 50 nm 범위에 포함되는 다수의 기공을 형성하는 것을 특징으로 하는 p-n 접합 1차원 금속산화물 다공성 나노튜브 기반 가스센서용 부재.
The method according to claim 1,
In the metal oxide porous nanotube, a portion of the p-type metal oxide constituting the metal oxide nanofibers having the p-type characteristic during the galvanic substitution reaction is substituted with an n-type metal oxide, nm to 50 nm. The present invention also relates to a member for a pn junction one-dimensional metal oxide porous nanotube-based gas sensor.
제1항에 있어서,
상기 p-type 특성을 띄는 금속산화물 나노섬유의 평균 결정립 크기는 50 nm - 300 nm의 범위에 포함되며,
상기 금속산화물 다공성 나노튜브의 평균 결정립 크기는 10 nm - 200 nm의 범위에 포함되는 것을 특징으로 p-n 접합 1차원 금속산화물 다공성 나노튜브 기반 가스센서용 부재.
The method according to claim 1,
The average grain size of the metal oxide nanofibers having the p-type characteristic is in the range of 50 nm to 300 nm,
Wherein the average grain size of the metal oxide porous nanotubes is in the range of 10 nm to 200 nm.
제1항에 있어서,
상기 p-type 금속산화물은 Co3O4, CuO, Fe2O3, Ag2O, PdO, RuO2, Rh2O3, NiO, Fe3O4, V2O5, MnO2 및 Cr2O3 중 적어도 하나를 포함하며,
상기 n-type 금속산화물은 TiO2, ZnO, WO3, SnO2, In2O3, V2O3 및 MoO3 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 p-n 접합 1차원 금속산화물 다공성 나노튜브 기반 가스센서용 부재.
The method according to claim 1,
The p-type metal oxide is Co 3 O 4, CuO, Fe 2 O 3, Ag 2 O, PdO, RuO 2, Rh 2 O 3, NiO, Fe 3 O 4, V 2 O 5, MnO 2 , and Cr 2 O 3 ,
The n-type metal oxide may include TiO 2 , ZnO, WO 3 , SnO 2 , In 2 O 3 , V 2 O 3, and MoO 3. The member for a gas sensor based on a one-dimensional metal oxide porous nano tube having pn junctions.
(a) 금속산화물 전구체와 고분자가 녹아 있는 전기방사 용액을 제조하는 단계;
(b) 상기 전기방사 용액에 대한 전기방사를 통해 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유를 형성하는 단계;
(c) 고온열처리를 통하여 상기 금속산화물 전구체/고분자 복합 나노섬유를 p-type 기반의 금속산화물 나노섬유로 합성하는 단계; 및
(d) 갈바닉 치환반응을 이용하여 상기 p-type 기반의 금속산화물 나노섬유를 구성하는 p-type 금속산화물의 적어도 일부를 n-type 금속산화물로 치환시켜 다수의 p-n 접합을 포함하는 금속산화물 다공성 나노튜브를 제작하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 p-n 접합 1차원 금속산화물 다공성 나노튜브 기반 가스센서용 부재의 제조방법.
(a) preparing an electrospinning solution in which a metal oxide precursor and a polymer are dissolved;
(b) forming a metal oxide precursor / polymer composite nanofiber by electrospinning the electrospinning solution;
(c) synthesizing the metal oxide precursor / polymer composite nanofiber into a p-type-based metal oxide nanofiber through a high-temperature heat treatment; And
(d) substituting at least a portion of the p-type metal oxide constituting the p-type based metal oxide nanofibers with an n-type metal oxide using a galvanic substitution reaction to form a metal oxide porous nano- Steps to make tube
Wherein the porous nanotube-based gas sensor comprises a pn-bonded one-dimensional metal oxide porous nanotube-based gas sensor.
제7항에 있어서,
(e) 상기 제작된 p-n 접합을 포함하는 금속산화물 다공성 나노튜브에 원심분리를 이용한 세척과정 및 건조과정을 적용하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 p-n 접합 1차원 금속산화물 다공성 나노튜브 기반 가스센서용 부재의 제조방법.
8. The method of claim 7,
(e) applying a cleaning process and a drying process using centrifugal separation to the metal oxide porous nanotube including the pn junction fabricated above
The method of claim 1, wherein the porous nanotube-based gas sensor comprises a pn-bonded one-dimensional metal oxide porous nanotube-based gas sensor.
제7항에 있어서,
상기 (a) 단계에서 전기방사 용액의 점도를 조절함으로써, 갈바닉 치환반응에서 희생층 템플릿으로 사용되는 상기 p-type 기반의 금속산화물 나노섬유의 두께를 조절하는 것을 특징으로 하는 p-n 접합 1차원 금속산화물 다공성 나노튜브 기반 가스센서용 부재의 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the thickness of the p-type-based metal oxide nanofiber used as the sacrificial layer template in the galvanic substitution reaction is controlled by adjusting the viscosity of the electrospinning solution in the step (a) A method for manufacturing a member for a porous nanotube-based gas sensor.
제7항에 있어서,
상기 (d) 단계는,
상기 p-type 특성을 갖는 금속산화물 나노섬유가 균일하게 분산되어 있는 용액을 80 ℃ - 100 ℃로 온도를 유지시켜주고, 37 % 농도의 염산(hydrochloric acid), 올레산(oleic acid) 및 올레일아민(oleylamine)을 첨가하여 상기 갈바닉 치환반응을 진행하는 것을 특징으로 하는 p-n 접합 1차원 금속산화물 다공성 나노튜브 기반 가스센서용 부재의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The step (d)
The solution in which the metal oxide nanofibers having the p-type characteristics are uniformly dispersed is maintained at a temperature of 80 ° C to 100 ° C, and hydrochloric acid, oleic acid and oleyl amine oleylamine is added to proceed the galvanic substitution reaction. The method for manufacturing a member for a gas sensor of a pn junction one-dimensional metal oxide porous nanotube.
제7항에 있어서,
상기 (d) 단계는,
상기 갈바닉 치환반응의 진행 시간을 조절함으로써, 상기 p-n 접합을 포함하는 금속산화물 다공성 나노튜브의 외벽과 내벽 사이의 두께, 표면과 내부에 형성되는 기공의 양, 결정립 크기 및 반도체적 특성(p-type 또는 n-type 금속산화물의 함유 비율)을 조절하는 것을 특징으로 하는 p-n 접합 1차원 금속산화물 다공성 나노튜브 기반 가스센서용 부재의 제조방법.
8. The method of claim 7,
The step (d)
By adjusting the time for the progress of the galvanic substitution reaction, the thickness of the metal oxide porous nanotubes including the pn junction, the thickness between the outer wall and the inner wall, the amount of the pores formed on the surface and inside, the grain size, Or the content ratio of the n-type metal oxide) is controlled. The method for manufacturing a member for a pn junction one-dimensional metal oxide porous nanotube-based gas sensor.
제7항에 있어서,
상기 p-n 접합을 포함하는 금속산화물 다공성 나노튜브를 이용하여 환경유해가스 (NOx, SOx) 및 생체지표(biomarker) 가스 (CH3COCH3, H2S, C7H8, EtOH) 중 적어도 하나의 가스 검출이 가능한 가스센서를 제조하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 p-n 접합 1차원 금속산화물 다공성 나노튜브 기반 가스센서용 부재의 제조방법.
8. The method of claim 7,
(NO x , SO x ) and biomarker gas (CH 3 COCH 3 , H 2 S, C 7 H 8 , EtOH) using the metal oxide porous nanotubes containing the pn junction A step of producing a gas sensor capable of detecting one gas
The method of claim 1, wherein the porous nanotube-based gas sensor comprises a pn-bonded one-dimensional metal oxide porous nanotube-based gas sensor.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200139473A (en) * 2019-06-04 2020-12-14 한국과학기술원 Two-dimensional MULTI-BONDED metal oxide POROUS nanosheet gas sensor member AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
CN112129823A (en) * 2020-09-13 2020-12-25 中国海洋大学 Ni @ NiO @ ZnO @ CS composite metal wire for copper ion detection and preparation method and application thereof
KR20230031489A (en) * 2021-08-27 2023-03-07 한국전력공사 Porous metal oxide nanotubes, preparing method thereof and gas sensing layers using the same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120059038A (en) * 2010-11-30 2012-06-08 고려대학교 산학협력단 N-type oxide semiconductor nanowire gas sensors coated with discrete nano-islands of p-type oxide semiconductors and fabrication method thereof
KR20170015128A (en) * 2015-07-31 2017-02-08 한양대학교 에리카산학협력단 Multi-layer ceramic/metal type gas sensor and manufacturing method of the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120059038A (en) * 2010-11-30 2012-06-08 고려대학교 산학협력단 N-type oxide semiconductor nanowire gas sensors coated with discrete nano-islands of p-type oxide semiconductors and fabrication method thereof
KR20170015128A (en) * 2015-07-31 2017-02-08 한양대학교 에리카산학협력단 Multi-layer ceramic/metal type gas sensor and manufacturing method of the same

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Co3O4-SnO2 Hollow Heteronanostructures: Facile Control of Gas Selectivity by Compositional Tuning of Sensing Materials via Galvanic Replacement", Hyun-Mook Jeong et al., ACS Appl. Mater. Interfaces, *
"고분산성 Cr2O3 및 Co3O4 전이금속 나노입자 촉매가 기능화된 다공성 WO3 나노섬유를 이용한 구취진단용 화학센서", 장지수 외., Journal of Sensor Science and Technology, vol.25, No.3, pp.223-228(2016.05.31.) *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200139473A (en) * 2019-06-04 2020-12-14 한국과학기술원 Two-dimensional MULTI-BONDED metal oxide POROUS nanosheet gas sensor member AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
CN112129823A (en) * 2020-09-13 2020-12-25 中国海洋大学 Ni @ NiO @ ZnO @ CS composite metal wire for copper ion detection and preparation method and application thereof
CN112129823B (en) * 2020-09-13 2022-04-08 中国海洋大学 Preparation method of Ni @ NiO @ ZnO @ CS composite metal wire for copper ion detection
KR20230031489A (en) * 2021-08-27 2023-03-07 한국전력공사 Porous metal oxide nanotubes, preparing method thereof and gas sensing layers using the same

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