KR20200024503A - Transparent gas sensor comprising free-standing nanofibers and fabrication method thereof - Google Patents

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KR20200024503A
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Abstract

The present invention relates to a transparent gas sensor including a free-standing nanowire structure which has high transparency and sensitivity at the same time, and a manufacturing method thereof. The transparent gas sensor comprises: a support frame; a plurality of transparent electrodes formed on the support frame, and arranged in parallel with each other; and a sensing unit including a plurality of free-standing nanowire structures which are arranged between the plurality of electrodes and electrically connect the plurality of transparent electrodes. The free-standing nanowire structures are porous and/or hollow.

Description

자가 지지형 나노선 구조체를 포함하는 투명가스 센서 및 이의 제조방법{TRANSPARENT GAS SENSOR COMPRISING FREE-STANDING NANOFIBERS AND FABRICATION METHOD THEREOF}Transparent gas sensor including self-supporting nanowire structure and method for manufacturing the same {TRANSPARENT GAS SENSOR COMPRISING FREE-STANDING NANOFIBERS AND FABRICATION METHOD THEREOF}

본 발명은, 자가 지지형 나노선 구조체를 포함하는 투명가스 센서 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a transparent gas sensor including a self-supporting nanowire structure and a method of manufacturing the same.

독성 가스, 폭발성 가스 및 환경 유해 가스 등을 감지하는 가스 센서(gas sensor)는 건강관리, 국방과 테러 및 환경 분야 등의 여러 관련 산업에서 중요성이 증가하고 있다. 현재, 이러한 가스 센서에 관한 연구가 지속적으로 이루어지고 있으며, 특히 가스 감응 물질로서 금속 산화물 박막을 사용하는 반도체식 가스 센서의 관심이 높아지고 있다. Gas sensors that detect toxic gases, explosive gases, and environmentally harmful gases are becoming increasingly important in many related industries, such as healthcare, defense, terrorism and the environment. At present, research on such a gas sensor is continuously conducted, and in particular, the interest of a semiconductor gas sensor using a metal oxide thin film as a gas sensitive material is increasing.

반도체식 가스 센서는 그 동작 원리가 간편하고 부피가 작으며, 제조 비용이 저렴하여 기존의 전기화학식이나 광학식 가스 센서를 대체가능하고, 감지하고자 하는 가스에 대한 반응성이 크면서 소비 전력이 작은 투명한 반도체식 가스 센서를 제작할 수 있다면, 휴대폰과 같은 모바일 기기에도 장착이 가능하여 모바일 기기의 기능을 더 부가할 뿐만 아니라, 투명 디스플레이, 투명 휴대폰 등의 투명한 전자 제품 및 자동차 앞 유리창, 창문 등에 부착하여 사물인터넷 (IoT)과 호환되는 고급 센서 시스템의 구현을 위한 다양한 연구가 진행되고 있다. The semiconductor gas sensor has a simple operation principle, a small volume, and a low manufacturing cost, which can replace an existing electrochemical or optical gas sensor, and is a transparent semiconductor with high power consumption and low response to the gas to be detected. If a gas sensor can be manufactured, it can be mounted on a mobile device such as a mobile phone, thereby adding not only the function of the mobile device but also attaching transparent electronic products such as a transparent display and a transparent mobile phone, and attaching it to a windshield or a window of a car Various studies are underway to implement advanced sensor systems that are compatible with (IoT).

이러한 투명 전자 제품 및 고급 센서 시스템을 구현하기 위해서는 높은 감도 및 투명성을 동시에 갖는 가스 센서가 필요하지만, 높은 감도를 얻기 위해서는 박막형태의 산화물을 이용해야 하므로, 이에 따른 투명성과 높은 감도를 동시에 갖는 투명가스 센서의 개발에 기술적 어려움이 있다.In order to realize such a transparent electronic product and an advanced sensor system, a gas sensor having both high sensitivity and transparency is required. However, in order to obtain high sensitivity, a thin film type oxide must be used. There is a technical difficulty in the development of the sensor.

본 발명은, 높은 투명도와 감도를 동시에 가는 자가 지지형 나노선 구조체를 포함하는 투명가스 센서를 제공하는 것이다.The present invention provides a transparent gas sensor including a self-supporting nanowire structure having high transparency and sensitivity at the same time.

본 발명은, 본 발명에 의한 투명가스 센서의 제조방법을 제공하는 것이다. This invention provides the manufacturing method of the transparent gas sensor by this invention.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problem, another task that is not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 실시예에 따라, 지지 프레임; 상기 지지 프레임 상에 형성되고, 서로 평행하도록 배치된 복수 개의 투명전극; 및 상기 복수 개의 전극 사이로 배열되고, 상기 복수 개의 투명전극을 전기적으로 연결하는, 복수 개의 자가 지지형(free-standing) 나노선 구조체를 포함하는 감지부; 를 포함하고, 상기 자가 지지형 나노선 구조체는, 다공성, 중공형 또는 둘 다를 갖는 것인, 투명가스 센서에 관한 것이다. According to one embodiment of the invention, the support frame; A plurality of transparent electrodes formed on the support frame and disposed to be parallel to each other; And a sensing unit arranged between the plurality of electrodes and including a plurality of free-standing nanowire structures electrically connecting the plurality of transparent electrodes. It includes, the self-supporting nanowire structure, porous, hollow or both, it relates to a transparent gas sensor.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 지지 프레임은, 개방형이고, 투명 재질을 포함하고, 상기 투명 재질은, 유리, 실리콘, 사파이어 및 투명 폴리머로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the support frame is open, and includes a transparent material, and the transparent material may include one or more selected from the group consisting of glass, silicon, sapphire and transparent polymer. .

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 지지 프레임은, 전도성 금속층을 더 포함하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the support frame may further include a conductive metal layer.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 투명전극은, 투명전극 물질을 포함하고, 상기 투명전극 물질은, 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드(AZO), 갈륨징크옥사이드(GZO), 플로린틴옥사이드(FTO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드(IZTO-Ag-IZTO) 및 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. According to one embodiment of the invention, the transparent electrode, the transparent electrode material, the transparent electrode material, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium zinc tin oxide (IZTO), aluminum Zinc oxide (AZO), Gallium zinc oxide (GZO), Florin tin oxide (FTO), Indium tin oxide-Silver-Indium tin oxide (ITO-Ag-ITO), Indium zinc oxide-Silver-Indium zinc oxide (IZO-Ag -IZO), indium zinc tin oxide-silver-indium zinc tin oxide (IZTO-Ag-IZTO) and aluminum zinc oxide-silver-aluminum zinc oxide (AZO-Ag-AZO) at least one selected from the group consisting of Can be.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 자가 지지형 나노선 구조체는, 상기 투명전극과 동일하거나 또는 상이한 투명전극 물질을 포함하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the self-supporting nanowire structure may include a transparent electrode material that is the same as or different from the transparent electrode.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 자가 지지형 나노선 구조체는, 1 nm 내지 500 nm의 외경 및 1 nm 내지 500 nm의 내경을 가질 수 있고, 외경 대 내경은 1:1 내지 1:100의 직경비를 가질 수 있다.According to one embodiment of the invention, the self-supporting nanowire structure may have an outer diameter of 1 nm to 500 nm and an inner diameter of 1 nm to 500 nm, the outer diameter to inner diameter of 1: 1 to 1: 100 It may have a diameter ratio.

본 발명의 일 실시예에 따라, 자가 지지형 나노선 구조체는, 서로 이격되게 배치되는 것일 수 있다. According to one embodiment of the invention, the self-supporting nanowire structure may be arranged to be spaced apart from each other.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 자가 지지형 나노선 구조체는, 라인, 격자 패턴 또는 랜덤한 형태로 배열된 것일 수 있다. According to one embodiment of the present invention, the self-supporting nanowire structure may be arranged in a line, a lattice pattern or a random form.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 투명가스 센서는, 이산화황(SO2), 암모니아(NH3), 포름알데이드(HCHO), 염소(Cl2), 불산(HF), 히드라진(N2H4), 메틸아민(CH3NH2), 강산(HCl) 및 트리메틸아민((CH3)3N) 및 이산화질소(NO2)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 감지하는 것일 수 있다. According to one embodiment of the invention, the transparent gas sensor, sulfur dioxide (SO 2 ), ammonia (NH 3 ), formaldehyde (HCHO), chlorine (Cl 2 ), hydrofluoric acid (HF), hydrazine (N 2 H 4 ), methylamine (CH 3 NH 2 ), strong acid (HCl) and trimethylamine ((CH 3 ) 3 N) and nitrogen dioxide (NO 2 ) It may be to detect at least one selected from the group consisting of.

본 발명의 일 실시예에 따라, 본 발명에 의한 투명가스 센서와 분석 대상을 접촉시키는 단계; 및 신호를 감지하여 분석하는 단계; 를 포함하는, 투명가스 센서를 이용한 가스 감지 방법에 관한 것이다. According to one embodiment of the invention, the step of contacting the transparent gas sensor and the analysis target according to the present invention; And detecting and analyzing the signal; It relates to a gas detection method using a transparent gas sensor.

본 발명의 일 실시예에 따라, 지지 프레임을 준비하는 단계; 지지 프레임의 상부면의 적어도 일부분에 서로 평행하게 배열된 복수 개의 투명전극을 형성하는 단계; 폴리머 섬유를 방사하여 상기 복수 개의 전극 사이로 폴리머 섬유를 배열하는 단계; 상기 폴리머 섬유를 투명전극 물질로 코팅하여 투명전극 물질-폴리머 섬유 복합체를 형성하는 단계; 및 상기 투명전극 물질-폴리머 섬유 복합체를 열처리하여 폴리머 섬유 중 적어도 일부분을 제거하는 단계; 를 포함하는, 투명가스센서의 제조방법에 관한 것이다. According to one embodiment of the invention, preparing a support frame; Forming a plurality of transparent electrodes arranged parallel to each other on at least a portion of the upper surface of the support frame; Spinning polymer fibers to arrange polymer fibers between the plurality of electrodes; Coating the polymer fibers with a transparent electrode material to form a transparent electrode material-polymer fiber composite; And heat treating the transparent electrode material-polymer fiber composite to remove at least a portion of the polymer fibers. It relates to a method of manufacturing a transparent gas sensor.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 투명전극 물질-폴리머 섬유 복합체를 형성하는 단계는, 투명전극 물질을 증착하는 것일 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the forming of the transparent electrode material-polymer fiber composite may be depositing a transparent electrode material.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 폴리머 물질은, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리에틸 렌옥사이드(PEO), 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분(starch), 폴리아크릴산(PA), 히알루론산(Hyaluronic acid), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리비닐아세테이트(PVAc) 및 PVC(폴리비닐클로라이드) 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. According to one embodiment of the invention, the polymer material, polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene oxide (PEO), carboxymethyl cellulose (CMC), starch (starch), Polyacrylic acid (PA), hyaluronic acid (Hyaluronic acid), polymethyl methacrylate (PMMA), polyacrylonitrile (PAN), polyvinylacetate (PVAc) and PVC (polyvinyl chloride) Can be.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 폴리머 섬유를 배열하는 단계는, 폴리머 섬유를 전기방사하는 것일 수 있다. According to one embodiment of the invention, the step of arranging the polymer fibers, may be to electrospun the polymer fibers.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 폴리머 섬유를 제거하는 단계는, 200 ℃ 이상의 온도에서 열처리하는 것일 수 있다.According to one embodiment of the invention, the step of removing the polymer fibers, may be a heat treatment at a temperature of 200 ℃ or more.

본 발명은, 자가 지지형 나노 구조체를 적용하여 고투명성 및 고감도를 동시에 확보 가능하고, 투명 전자 회로, 광전자 장치, 투명 디스플레이 등과 같은 투명한 전자 제품에 호환이 가능하고, 사물인터넷 (IoT)과 호환되는 고급 센서 시스템을 구현할 수 있는 투명 가스 센서를 제공할 수 있다.The present invention, by applying a self-supporting nano-structure to ensure high transparency and high sensitivity at the same time, compatible with transparent electronic products such as transparent electronic circuits, optoelectronic devices, transparent displays, and compatible with the Internet of Things (IoT) It is possible to provide a transparent gas sensor capable of implementing an advanced sensor system.

본 발명은, 폴리머 섬유를 "템플릿(template)"으로 이용하여 중공형 자가 지지형 나노 구조체를 갖는 투명 가스 센서를 간단한 방법으로 제조할 수 있고, 기존의 박막형 산화물에 비하여 투명도 및 감도가 월등하게 향상된 투명 가스 센서를 제조할 수 있는 투명가스 센서의 제조방법을 제공할 수 있다. According to the present invention, a transparent gas sensor having a hollow self-supporting nanostructure can be manufactured using a polymer fiber as a "template" by a simple method, and the transparency and sensitivity are significantly improved compared to the conventional thin film oxide. A method for manufacturing a transparent gas sensor capable of manufacturing a transparent gas sensor can be provided.

도 1a은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 투명 가스 센서의 구성을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 1b는, 본 발명의 다른 실시예에 따른, 본 발명에 의한 투명 가스 센서의 구성을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 투명 가스 센서의 제조방법의 흐름도를 예시적으로 나타낸 것이다.
도 3은, 본 발명의 실시예에 따른, 본 발명에 의한 투명 가스 센서의 제조방법의 공정을 예시적으로 나타낸 것이다.
도 4는, 본 발명의 실시예에 따라, IZO 및 시간에 따른 자가 지지형 중공형 AZO 나노섬유 구조체의 밀도에 따른 가스 센서의 (a) 광학 이미지, (b) SEM 이미지, (c) UV-Vis 스펙트럼 및 유리창에 부착한 이후에 광학 이미지를 나타낸 것이다.
도 5는, 본 발명의 실시예에 따라, 자가 지지형 중공형 AZO 나노섬유 구조체의 XPS 스펙트럼(High resolution core level XPS spectra)이며, (a) O1s, (b) Zn2p, (c) Al2p, 및 (d) C1s 피크를 나타낸 것이다.
도 6은, 본 발명의 실시예에 따라, 자가 지지형 중공형 AZO 나노섬유 구조체의 밀도에 따른 (a) I-V 특성 커브, (b) 상온에서 0.5 ppm NO2 가스에 자가 지지형 중공형 AZO 나노섬유 구조체의 밀도에 따른 반응 및 회복 특성, (c) 250 ℃에서 NO2 농도 (0.5-10 ppm)의 단위로 자가 지지형 중공형 AZO 나노섬유 구조체의 가스 반응 커브, 및 (d) 자가 지지형 중공형 AZO 나노섬유 구조체의 작동 온도 대 0.5 ppm NO2의 감지 반응을 나타낸 것이다.
1A is a diagram showing the configuration of a transparent gas sensor according to the present invention according to an embodiment of the present invention.
1B exemplarily shows a configuration of a transparent gas sensor according to the present invention according to another embodiment of the present invention.
2 exemplarily illustrates a flowchart of a method of manufacturing a transparent gas sensor according to an embodiment of the present invention.
3 exemplarily shows a process of the method for manufacturing a transparent gas sensor according to the present invention according to an embodiment of the present invention.
4 shows (a) optical image, (b) SEM image, (c) UV- of a gas sensor according to the density of IZO and self-supporting hollow AZO nanofiber structures over time, according to an embodiment of the invention. The optical image is shown after attachment to the Vis spectrum and the glass panes.
5 is a high resolution core level XPS spectra of a self-supporting hollow AZO nanofiber structure according to an embodiment of the present invention, (a) O1s, (b) Zn2p, (c) Al2p, and (d) shows C1s peak.
Figure 6 is, according to an embodiment of the present invention, (a) IV characteristic curve according to the density of the self-supported hollow AZO nanofiber structure, (b) self-supported hollow AZO nano in 0.5 ppm NO 2 gas at room temperature Reaction and recovery characteristics according to the density of the fiber structure, (c) gas reaction curves of the self-supporting hollow AZO nanofiber structure in units of NO 2 concentration (0.5-10 ppm) at 250 ° C., and (d) self-supporting The sensing response of 0.5 ppm NO 2 versus operating temperature of the hollow AZO nanofiber structure is shown.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related known functions or configurations may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted. In addition, terms used in the present specification are terms used to properly express preferred embodiments of the present invention, which may vary according to a user, an operator's intention, or customs in the field to which the present invention belongs. Therefore, the definitions of the terms should be made based on the contents throughout the specification. Like reference numerals in the drawings denote like elements.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to "include" a certain component, it means that it may further include other components, except to exclude other components unless specifically stated otherwise.

본 발명은, 자가 지지형(free-standing) 나노선 구조체를 포함하는 투명가스 센서에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 투명전극 사이로 배열된 자가 지지형 나노선 구조체를 적용하여 고투명성과 감지 대상에 대한 높은 민감도를 갖는 투명가스 센서를 제공할 수 있다. The present invention relates to a transparent gas sensor including a self-supporting nanowire structure, and according to an embodiment of the present invention, by applying a self-supporting nanowire structure arranged between transparent electrodes, It is possible to provide a transparent gas sensor having a high sensitivity to a sensing object.

본 발명에 의한 투명 가스 센서는 도 1을 참조하여 설명하며, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 본 발명에 의한 투명가스 센서의 구성을 예시적으로 나타낸 것이다. 도 1에서 상기 투명 가스 센서는, 지지프레임(110); 투명전극(120); 및 감지부(130)를 포함할 수 있다.The transparent gas sensor according to the present invention will be described with reference to FIG. 1, and FIG. 1 exemplarily shows the configuration of the transparent gas sensor according to the present invention. In Figure 1, the transparent gas sensor, the support frame (110); Transparent electrode 120; And a sensing unit 130.

지지프레임(110)은, 투명전극을 지지하거나 또는 적어도 일부분에 투명전극이 형성되는 것으로, 중앙 부분이 빈 개방형 프레임일 수 있다. 지지 프레임은, 원, 타원형 또는 다강형 형상일 수 있고, 지지프레임(110)의 높이는 다양한 디바이스에 적절한 부착 및 호환이 가능하도록 조절될 수 있다. The support frame 110 may support the transparent electrode or at least a portion of the transparent electrode, and may be an open frame having an empty central portion. The support frame may be circular, oval or multi-rigid in shape, and the height of the support frame 110 may be adjusted to allow for proper attachment and compatibility to various devices.

지지 프레임(110)은, 필름, 시트, 박막, 플레이트 등의 형태일 수 있다. The support frame 110 may be in the form of a film, sheet, thin film, plate, or the like.

지지 프레임(110)은, 투명 재질을 포함하고, 예를 들어, 금속, 산화물, 폴리머 수지 등의 투명 절연성 물질을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 유리; 실리콘; 사파이어; 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르술폰, 폴리카보네이트 및 폴리비닐알코올의 투명 폴리머로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하고, 폴리머 수지의 경화, 성분 등을 조절하여 유연하고 투명한 특성을 나타낼 수 있다. The support frame 110 may include a transparent material, and may include, for example, a transparent insulating material such as a metal, an oxide, or a polymer resin. More specifically, glass; silicon; Sapphire; It contains at least one selected from the group consisting of polyimide, polycarbonate, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyether sulfone, polycarbonate and polyvinyl alcohol transparent polymer, flexible by controlling the curing, components, etc. of the polymer resin It can exhibit transparent properties.

지지 프레임(110)은, 상단의 적어도 일부분에 전도성 금속층을 더 포함할 수 있고, 예를 들어, (Ag), 구리(Cu), 금(Au), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 아연(Zn), 니켈(Ni), 철(Fe), 백금(Pt) 및 납(Pb)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 전도성 금속층은, 1nm 이상; 1 nm 내지 1000 nm; 또는 1 nm 내지 10 ㎛;의 두께를 가질 수 있다.The support frame 110 may further include a conductive metal layer on at least a portion of the top, and may include, for example, (Ag), copper (Cu), gold (Au), chromium (Cr), aluminum (Al), and tungsten. (W), zinc (Zn), nickel (Ni), iron (Fe), platinum (Pt) and may include one or more selected from the group consisting of lead (Pb). The conductive metal layer is 1 nm or more; 1 nm to 1000 nm; Or 1 nm to 10 μm;

투명전극(120)은, 지지 프레임 상의 적어도 일부분에 형성되고, 서로 평행하도록 배치된 복수 개의 투명전극일 수 있다. 상기 복수 개의 투명전극(120)은, 지지 프레임(110)에서 서로 마주보는 면의 상단에 형성될 수 있다. 투명전극(120)은, 투명전극 물질을 포함하는 증착층으로 형성되거나 필름, 시트 등으로 접착될 수 있으며, 바람직하게는 증착층일 수 있다.The transparent electrode 120 may be formed on at least a portion of the support frame and may be a plurality of transparent electrodes disposed to be parallel to each other. The plurality of transparent electrodes 120 may be formed at upper ends of the surfaces facing each other in the support frame 110. The transparent electrode 120 may be formed of a deposition layer including a transparent electrode material or adhered to a film, a sheet, or the like, and preferably, the deposition layer.

상기 투명전극 물질은, 금속, 금속 산화물 등을 포함할 수 있고, 예를 들어, 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 아연(Zn), 니켈(Ni), 철(Fe), 백금(Pt), 납(Pb), 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드(AZO), 갈륨징크옥사이드(GZO),플로린틴옥사이드(FTO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드(IZTO-Ag-IZTO) 및 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 상기 투명전극 물질은, 나노튜브(nanotube), 나노선(nanowire), 나노로드(nanorod), 나노니들(nanoneedle), 나노입자(nanoparticle) 등의 다양한 형상을 포함할 수 있다. The transparent electrode material may include a metal, a metal oxide, or the like. For example, silver (Ag), copper (Cu), gold (Au), chromium (Cr), aluminum (Al), tungsten (W) , Zinc (Zn), nickel (Ni), iron (Fe), platinum (Pt), lead (Pb), indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium zinc tin oxide (IZTO), aluminum zinc Oxide (AZO), Gallium Zinc Oxide (GZO), Florin Tin Oxide (FTO), Indium Tin Oxide-Silver-Indium Tin Oxide (ITO-Ag-ITO), Indium Zinc Oxide-Silver-Indium Zinc Oxide (IZO-Ag- IZO), indium zinc tin oxide-silver-indium zinc tin oxide (IZTO-Ag-IZTO), and aluminum zinc oxide-silver-aluminum zinc oxide (AZO-Ag-AZO). have. The transparent electrode material may include various shapes such as nanotubes, nanowires, nanorods, nanoneedles, nanoparticles, and the like.

투명전극(120)은, 1 nm 이상; 1 nm 내지 1000 nm; 1 nm 내지 500 ㎛; 또는 10 nm 내지 10 mm로 형성되고, 바람직하게는 1 nm 내지 500 ㎛이며, 상기 두께 범위 내에 포함되면 고투명성을 나타내면서 센서의 민감도를 개선시킬 수 있다.The transparent electrode 120 is 1 nm or more; 1 nm to 1000 nm; 1 nm to 500 μm; Or 10 nm to 10 mm, preferably 1 nm to 500 μm, and included within the thickness range can improve the sensitivity of the sensor while exhibiting high transparency.

감지부(130)는, 복수 개의 자가 지지형(free-standing) 나노선 구조체를 포함하고, 상기 나노선 구조체는 서로 평행하도록 배치된 복수 개의 투명전극 (120) 사이로 배치되어 자가 지지형 나노선 구조체를 형성한다. 즉, 상기 나노선 구조체의 양단은 서로 평행하는 투명전극(120) 상에 각각 접촉하여 배치되므로, 투명전극을 전기적으로 연결할 수 있고, 지지 프레임(110)의 개방된 영역으로 자가 지지형 나노 구조체가 노출될 뿐만 아니라, 중공형 구조에 의한 자가 지지형 나노 구조체의 가스 접촉 및 충돌, 및 감지 가능한 면적이 증가되어 높은 투명도를 가지면서 가스 센서의 감도 및 성능을 향상시킬 수 있다. The detector 130 may include a plurality of free-standing nanowire structures, and the nanowire structures may be disposed between the plurality of transparent electrodes 120 arranged to be parallel to each other. To form. That is, since both ends of the nanowire structure are disposed in contact with each other on the transparent electrodes 120 parallel to each other, the transparent electrodes may be electrically connected to each other, and the self-supporting nanostructure may be formed as an open area of the support frame 110. In addition to being exposed, the gas contact and collision of the self-supporting nanostructures by the hollow structure, and the detectable area are increased to improve the sensitivity and performance of the gas sensor while having high transparency.

상기 자가 지지형(free-standing) 나노선 구조체는, 투명전극(120) 사이로 배열 시 배열 간격, 나노선 구조체의 직경, 나노선 구조체의 수 등에 따라 개수 밀도(number density)를 조절하여 가스 센서의 투명도 및 전기적 특성을 개선시킬 수 있다. 예를 들어, 상기 복수 개의 자가 지지형 나노선 구조체는, 라인, 격자 형태 또는 랜덤한 형상으로 배열될 수 있다. 또한, 소정의 간격으로 서로 이격되게 배열될 수 있으며, 이러한 개수 밀도(number density)의 조절에 의해서 나노선 구조체의 수 증가에 의한 투명도 감소를 방지하고, 전기적 저항성 증가로 인한 전기적 특성 저하를 방지할 수 있다. The free-standing nanowire structure may be configured to adjust the number density of the gas sensor according to the arrangement interval, the diameter of the nanowire structure, the number of nanowire structures, and the like when arranged between the transparent electrodes 120. Transparency and electrical properties can be improved. For example, the plurality of self-supporting nanowire structures may be arranged in a line, lattice form or random shape. In addition, they may be arranged to be spaced apart from each other at predetermined intervals, and by controlling the number density, the transparency of the nanowire structure may be prevented from decreasing, and the electrical properties may be prevented from decreasing due to the increase in electrical resistance. Can be.

상기 자가 지지형 나노선 구조체는, 1 nm 내지 500 nm의 외경 및 1 nm 내지 500 nm의 내경을 가질 수 있고, 외경 대 내경은 1:1 내지 1:100의 직경비를 가질 수 있다. 상기 범위 내에 포함되면 내경에 비하여 외경이 더 클 경우에 중공 내로 가스의 유입에 제한이 있고, 내부 표면에서 가스의 접촉 및 충돌 면적의 감소로 인한, 가스 센서의 감도가 낮아지는 것을 방지할 수 있다.The self-supporting nanowire structure may have an outer diameter of 1 nm to 500 nm and an inner diameter of 1 nm to 500 nm, and the outer diameter to inner diameter may have a diameter ratio of 1: 1 to 1: 100. When included in the above range, there is a restriction on the inflow of gas into the hollow when the outer diameter is larger than the inner diameter, and the sensitivity of the gas sensor due to the reduction of the contact and collision area of the gas on the inner surface can be prevented from being lowered. .

상기 자가 지지형 나노선 구조체는, 다공성, 중공형 또는 둘 다를 가질 수 있고, 바람직하게는 다공성을 갖는 중공형 구조를 형성할 수 있다. 상기 중공형 구조는 단일 또는 복수층의 쉘로 구성될 수 있다. 상기 복수층의 쉘은 동일하거나 또는 상이한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 복수의 쉘은, 제1 물질을 포함하는 내부층 및 제2 물질로 이루어진 외부층으로 이루어진 2중층으로 구성될 수 있다. 또한, 내부층은 소성 과정에서 폴리머의 제거로 인하여 외부층에 비하여 더 높은 다공도를 나타낼 수 있다. 상기 제1 물질 및 제2 물질은, 동일하거나 또는 상이할 수 있다. The self-supporting nanowire structure may have a porous, hollow or both, and preferably may form a hollow structure having a porosity. The hollow structure may consist of a single or multiple layers of shells. The plurality of layers of shells may comprise the same or different materials. For example, the plurality of shells may be composed of a double layer consisting of an inner layer comprising a first material and an outer layer consisting of a second material. In addition, the inner layer may exhibit higher porosity than the outer layer due to the removal of the polymer during the firing process. The first material and the second material may be the same or different.

상기 자가 지지형 나노선 구조체는 다공성일 수 있고, 구조체 전체 면적의 10 % 이상; 30 % 이상; 또는 50 % 이상일 수 있다.The self-supporting nanowire structure may be porous, at least 10% of the total area of the structure; At least 30%; Or 50% or more.

상기 자가 지지형 나노선 구조체는, 상기 투명전극과 동일하거나 또는 상이한 투명 전극물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, 금속, 금속 산화물 등을 포함할 수 있고, 보다 구체적으로, 은(Ag), 구리(Cu), 금(Au), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 코발트(Co), 아연(Zn), 니켈(Ni), 철(Fe), 백금(Pt), 납(Pb), ZnO, SnO2, WO3, Fe2O3, Fe3O4, NiO, TiO2, CuO, In2O3, Zn2SnO4, Co3O4, PdO, LaCoO3, NiCo2O4, V2O5, RuO2, IrO2, MnO2, InTaO4, InTaO4, 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드(AZO), 갈륨징크옥사이드(GZO),플로린틴옥사이드(FTO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드(IZTO-Ag-IZTO) 및 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 상기 투명전극 물질은, 나노튜브(nanotube), 나노선(nanowire), 나노로드(nanorod), 나노니들(nanoneedle), 나노입자(nanoparticle) 등의 다양한 형상을 포함할 수 있다. The self-supporting nanowire structure may include a transparent electrode material that is the same as or different from that of the transparent electrode, and may include, for example, a metal, a metal oxide, and more specifically, silver (Ag), Copper (Cu), Gold (Au), Chromium (Cr), Aluminum (Al), Tungsten (W), Cobalt (Co), Zinc (Zn), Nickel (Ni), Iron (Fe), Platinum (Pt), Lead (Pb), ZnO, SnO 2 , WO 3 , Fe 2 O 3 , Fe 3 O 4 , NiO, TiO 2 , CuO, In 2 O 3 , Zn 2 SnO 4 , Co 3 O 4 , PdO, LaCoO 3 , NiCo 2 O 4 , V 2 O 5 , RuO 2 , IrO 2 , MnO 2 , InTaO 4 , InTaO 4 , Indium Tin Oxide (ITO), Indium Zinc Oxide (IZO), Indium Zinc Tin Oxide (IZTO), Aluminum Zinc Oxide (AZO), Gallium Zinc Oxide (GZO), Florin Tin Oxide (FTO), Indium Tin Oxide-Silver-Indium Tin Oxide (ITO-Ag-ITO), Indium Zinc Oxide-Silver-Indium Zinc Oxide (IZO-Ag-IZO) ), Indium zinc tin oxide-silver-indium zinc tin oxide (IZTO-Ag-IZTO) and aluminum zinc oxide-silver-al Minyum from the group consisting of zinc oxide (AZO-AZO-Ag) it may be one containing at least one selected. The transparent electrode material may include various shapes such as nanotubes, nanowires, nanorods, nanoneedles, nanoparticles, and the like.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 투명가스 센서는, 300 nm 내지 1000 nm 파장 범위의 빛에 대하여 75 % 이상; 80 % 이상; 85 % 이상의 투과도(transmittance)를 나타낼 수 있다.According to one embodiment of the invention, the transparent gas sensor, at least 75% for light in the wavelength range of 300 nm to 1000 nm; At least 80%; Transmittance of greater than or equal to 85%.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 상온구동형 가스센서는, 상온 또는 상온 내지 100 ℃의 온도 및 0.5 ppm 이하의 저농도의 가스 농도에서 감지 대상에 대한 높은 선택도 및 고감도를 나타낼 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the room temperature driven gas sensor may exhibit high selectivity and high sensitivity for a sensing object at a temperature of room temperature or room temperature to 100 ° C. and a low concentration of gas at a concentration of 0.5 ppm or less.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 투명가스 센서는, 도 1b에 제시한 바와 같이, 가스 감지 및 구동을 위한 구성을 더 포함할 수 있고, 다양한 기재, 케이스(150) 등과 함께 조립될 수 있다. 예를 들어, 전류 공급을 위한 구동부(140), 전류 신호 감지를 위한 분석부(미도시), 분석 시료가 주입 및 배출되는 입구 및 출구 등을 포함할 수 있고, 케이스는 용도에 따라 다양한 형상이 적용될 수 있다. According to one embodiment of the invention, the transparent gas sensor, as shown in Figure 1b, may further include a configuration for gas detection and driving, may be assembled with a variety of substrate, case 150, etc. . For example, the driving unit 140 for supplying current, an analysis unit (not shown) for detecting a current signal, and an inlet and an outlet through which analytical sample is injected and discharged may be included. Can be applied.

본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 투명가스 센서는, 유해 가스 감지를 위한 것이며, 예를 들어, 이산화황(SO2), 암모니아(NH3), 포름알데이드(HCHO), 염소(Cl2), 불산(HF), 히드라진(N2H4), 메틸아민(CH3NH2), 강산(HCl) 및 트리메틸아민((CH3)3N) 및 이산화질소(NO2) 중 적어도 하나를 감지하고, 바람직하게는 이산화질소(NO2)일 수 있다. According to one embodiment of the invention, the transparent gas sensor, for detecting harmful gases, for example, sulfur dioxide (SO 2 ), ammonia (NH 3 ), formaldehyde (HCHO), chlorine (Cl 2 ) , At least one of hydrofluoric acid (HF), hydrazine (N 2 H 4 ), methylamine (CH 3 NH 2 ), strong acid (HCl) and trimethylamine ((CH 3 ) 3 N), and nitrogen dioxide (NO 2 ) , Preferably nitrogen dioxide (NO 2 ).

본 발명은, 본 발명에 의한 상온구동형 가스센스는, 투명한 전자 제품, 유리창, 창문 등에 다양한 기재 및 제품에 부착되어 가스 센서의 기능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 투명한 전자 제품은, 투명 디스플레이, 투명태양전지, 투명 휴대폰 및 스마트 워치 등일 수 있다. 예를 들어, 상온 구동에 의한 전력 소비를 낮추고 배터리 소비를 줄일 수 있으므로, IoT 센서 및 웨어러블 기기로 적용될 수 있다.According to the present invention, the room temperature driving type gas sense according to the present invention may be attached to various substrates and products such as transparent electronic products, windows, windows, etc. to provide a function of a gas sensor. For example, the transparent electronic product may be a transparent display, a transparent solar cell, a transparent mobile phone, a smart watch, or the like. For example, it is possible to reduce the power consumption by the room temperature driving and to reduce the battery consumption, it can be applied to IoT sensors and wearable devices.

본 발명은, 본 발명에 의한 투명가스 센서를 이용한 가스 감지 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 투명가스 센서와 대상을 접촉시키는 단계; 및 신호를 감지하여 분석하는 단계;를 포함할 수 있다. 상기 가스 감지 방법은, 전기저항 변화 등과 같은 전기적 신호를 활용하여 원하는 가스의 정량 및 정성 분석이 이루어질 수 있다. 상기 감지 대상은, 상기 언급한 바와 같다.The present invention relates to a gas detection method using a transparent gas sensor according to the present invention, in accordance with an embodiment of the present invention, the step of contacting the transparent gas sensor and the object; And detecting and analyzing the signal. In the gas sensing method, a quantitative and qualitative analysis of a desired gas may be performed by using an electrical signal such as an electrical resistance change. The sensing object is as mentioned above.

본 발명은, 본 발명에 의한 투명가스센서의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 제조방법은, 지지 프레임을 준비하는 단계(210); 투명전극을 형성하는 단계(220); 폴리머 섬유를 배열하는 단계(230); 투명전극 물질-폴리머 섬유 복합체를 형성하는 단계(240); 및 열처리하여 폴리머 섬유를 제거하는 단계(250);를 포함할 수 있다.The present invention relates to a method for manufacturing a transparent gas sensor according to the present invention. According to an embodiment of the present invention, the method includes preparing 210 a support frame; Forming a transparent electrode (220); Arranging 230 the polymer fibers; Forming a transparent electrode material-polymer fiber composite (240); And removing the polymer fiber by heat treatment (250).

지지 프레임을 준비하는 단계(220)는, 센서의 용도에 따라 상기 언급한 지지 프레임을 준비하는 단계이다.Preparing 220 a support frame is a step of preparing the above-mentioned support frame according to the use of the sensor.

투명전극을 형성하는 단계(230)는, 지지 프레임의 상부면의 적어도 일부분에 서로 평행하게 배열된 복수 개의 투명전극을 형성하는 단계이다. 상기 투명전극은, 투명전극 시트, 필름, 박막 등을 부착하거나 코팅 또는 증착하여 형성할 수 있다. 상기 코팅은, 딥 코팅(Dip coating), 스핀 코팅(Spin coating), 롤 코팅(Roll coating), 바 코팅(Bar coating) 및 스프레이 코팅(Spray coating)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 이용할 수 있다.The forming of the transparent electrode 230 is a step of forming a plurality of transparent electrodes arranged parallel to each other on at least a portion of the upper surface of the support frame. The transparent electrode may be formed by attaching, coating, or depositing a transparent electrode sheet, a film, a thin film, or the like. The coating may use at least one selected from the group consisting of dip coating, spin coating, roll coating, bar coating, and spray coating.

상기 증착은, 스퍼터링, 펄스 레이저 증착(Pulsed Laser Deposition, PLD), 열 증발법 (Thermal Evaporation), 전자빔 증발법 (E-beam Evaporation), 기상화학증착법 (Chemical Vapor Deposition), 원자층 증착법 (Atomic Layer Deposition), 유도결합플라즈마 화학기상증착(Inductively Coupled Plasma-Chemical Vapor Deposition) 및 플라즈마 강화 화학기상증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)으로 이루어지 군에서 선택된 적어도 하나를 이용할 수 있다. 상기 증착은, 상온 이상의 온도에서 실시될 수 있다. The deposition is sputtering, pulsed laser deposition (PLD), thermal evaporation (Thermal Evaporation), electron beam evaporation (E-beam Evaporation), chemical vapor deposition (Chemical Vapor Deposition), atomic layer deposition (Atomic Layer) Deposition), at least one selected from the group consisting of Inductively Coupled Plasma-Chemical Vapor Deposition and Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition may be used. The deposition may be carried out at a temperature above room temperature.

상기 폴리머 섬유를 배열하는 단계(230)는, 폴리머 섬유를 방사하여 상기 복수 개의 전극 사이로 배열된 폴리머 섬유를 배열하는 단계이다. 상기 폴리머 섬유를 배열하는 단계는, 폴리머 수지 및 용매를 포함하는 방사 용액을 이용하고, 상기 방사 용액은, 투명전극 물질 및/또는 투명전극 물질의 전구체를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 폴리머 수지 및 용매를 포함하는 제1 방사 용액 및 폴리머 수지, 투명전극 물질 및/또는 투명전극 물질의 전구체 및 용매를 포함하는 제2 방사 용액을 각각, 동시 또는 교대로 방사할 수 있다. Arranging 230 of the polymer fibers is a step of arranging polymer fibers arranged between the plurality of electrodes by spinning the polymer fibers. Arranging the polymer fibers, using a spinning solution comprising a polymer resin and a solvent, the spinning solution may further comprise a transparent electrode material and / or a precursor of the transparent electrode material. For example, the first spinning solution including the polymer resin and the solvent and the second spinning solution including the polymer resin, the transparent electrode material, and / or the precursor and the solvent of the transparent electrode material may be simultaneously or alternately radiated. .

상기 투명전극 물질은, 상기 언급한 바와 같고, 0.1 nm 이상; 1 nm 이상; 10 nm 이상; 300 nm 이상; 500 nm 이상의 입자 크기(또는, 형태에 따라 직경, 길이 또는 두께)를 갖고, 나노튜브(nanotube), 나노선(nanowire), 나노로드(nanorod), 나노니들(nanoneedle), 나노입자(nanoparticle) 등의 형태를 가질 수 있다. 상기 전구체는, 상기 투명전극 물질을 형성하기 위한 금속산화물, 아세테이트(acetate), 카르보닐(carbonyl), 금속 탄산염(carbonate), 질산염(nitrate), 황산염(sulfate), 인산염(phosphate) 및 염화염(halide) 등일 수 있다.The transparent electrode material is as mentioned above, and is 0.1 nm or more; 1 nm or more; 10 nm or more; 300 nm or more; It has a particle size of 500 nm or more (or diameter, length or thickness depending on shape), nanotubes, nanowires, nanorods, nanoneedles, nanoparticles, etc. It may have a form. The precursor may be formed of metal oxide, acetate, carbonyl, metal carbonate, nitrate, sulfate, phosphate and chloride to form the transparent electrode material. halide) and the like.

상기 폴리머 물질은, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리에틸 렌옥사이드(PEO), 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분(starch), 폴리아크릴산(PA), 히알루론산(Hyaluronic acid), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리비닐아세테이트(PVAc) 및 PVC(폴리비닐클로라이드), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 설폰(PES), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리이미드(PI), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 아몰포스폴리에틸렌테레프탈레이트(APET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리세롤(PETG), 폴리사이클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트(PCTG), 변성트리아세틸셀룰로스(TAC), 사이클로올레핀고분자(COP), 사이클로올레핀코고분자(COC), 디시클로펜타디엔고분자(DCPD), 시클로펜타디엔고분자(CPD), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리다이메틸실론세인(PDMS), 실리콘수지, 불소수지 및 변성에폭시수지로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다. The polymer material may be polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene oxide (PEO), carboxymethyl cellulose (CMC), starch, polyacrylic acid (PA), hyaluronic acid ( Hyaluronic acid), polymethyl methacrylate (PMMA), polyacrylonitrile (PAN), polyvinylacetate (PVAc) and PVC (polyvinylchloride), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene sulfone (PES), polyethylene Phthalate (PEN), Polycarbonate (PC), Polyimide (PI), Ethylene Vinyl Acetate (EVA), Amorphous Polyethylene Terephthalate (APET), Polypropylene Terephthalate (PPT), Polyethylene Terephthalate Glycerol (PETG), Poly Cyclohexylenedimethylene terephthalate (PCTG), modified triacetylcellulose (TAC), cycloolefin polymer (COP), cycloolefin copolymer (COC), dicyclopentadiene polymer (DCPD), cyclopentadiene polymer (CPD) , Polyarylate (PAR), polyetherimide (PEI), polydimethylsiloncene (PDMS), silicone resin, fluorine resin and modified epoxy resin may include at least one selected from the group consisting of.

상기 폴리머 수지 및/또는 투명전극 물질 및 이의 전구체는, 방사 용액 100 중량부에 대해 0.01 중량부 이상; 0.1 중량부 내지 60 중량부; 또는 1 중량부 내지 90 중량부; 로 포함될 수 있다.The polymer resin and / or the transparent electrode material and the precursor thereof may be 0.01 parts by weight or more based on 100 parts by weight of the spinning solution; 0.1 parts by weight to 60 parts by weight; Alternatively 1 part by weight to 90 parts by weight; It may be included as.

상기 용매는, 폴리머 수지의 용해 및/또는 분산; 및 투명전극 물질 및/또는 전구체의 용해 및/또는 분산시켜 방사 용액을 제조할 수 있는 것으로, 예를 들어, 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 1-메톡시-2-프로판올, 1-메톡시-2-프로필아세테이트, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소부틸케톤, 메톡시프로필아세테이트, 유산에틸, 아세트산에틸, 아세토니트릴, 테트라히드로푸란, 디메틸포름아미드, 클로로포름, 톨루엔 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한, 상기 방사 용액은, 필요 시 분산제를 더 포함할 수 있다.The solvent may be dissolved and / or dispersed of a polymer resin; And dissolving and / or dispersing the transparent electrode material and / or precursor to prepare a spinning solution, for example, water, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, 1-methoxy-2-propanol, 1-meth Methoxy-2-propyl acetate, acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, methoxy propyl acetate, ethyl lactate, ethyl acetate, acetonitrile, tetrahydrofuran, dimethylformamide, chloroform, toluene and the like. Do not. In addition, the spinning solution may further include a dispersant if necessary.

상기 폴리머 섬유를 배열하는 단계는 전기 방사(electro-spinning), 멜트 스피닝(melt spinning), 전기 블로윙(electro-blowing), 멜트-블로윙(melt-blowing)(복합방사, 분할사), 스펀-본디드(spun-bonded), 에어 레이드(air laid) 및 웨트 레이드(wet laid) 방법으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 이용할 수 있고, 바람직하게는 전기 방사(Electrospinning)일 수 있다. 상기 전기 방사는, 전계의 크기 및 방사 용액의 농도를 변화시켜 방사되는 섬유의 두께를 조절할 수 있다. Arranging the polymer fibers may include electrospinning, melt spinning, electro-blowing, melt-blowing (compound spinning, split yarn), spun-bone At least one selected from the group consisting of spun-bonded, air laid and wet laid methods may be used, and may be preferably electrospinning. The electrospinning can control the thickness of the fiber being spun by varying the size of the electric field and the concentration of the spinning solution.

상기 폴리머 섬유를 배열하는 단계 이후에 건조하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상온 내지 200 ℃에서 1분 이상; 또는 1 시간 내지 20 시간 동안 건조할 수 있다.After the step of arranging the polymer fibers may further comprise a step of drying, at least one minute at room temperature to 200 ℃; Or dry for 1 to 20 hours.

투명전극 물질-폴리머 섬유 복합체를 형성하는 단계(230)는, 상기 폴리머 섬유를 투명전극 물질로 코팅하여 투명전극 물질-폴리머 섬유 복합체를 형성하는 단계이다. 상기 투명전극 물질은, 상기 폴리머 섬유의 표면 상에 코팅하여 일정한 두께의 코팅층을 형성할 수 있다. Forming the transparent electrode material-polymer fiber composite 230 is coating the polymer fibers with a transparent electrode material to form a transparent electrode material-polymer fiber composite. The transparent electrode material may be coated on the surface of the polymer fiber to form a coating layer having a predetermined thickness.

투명전극 물질-폴리머 섬유 복합체를 형성하는 단계(230)는, 코팅법, 증착법 또는 이 둘을 이용할 수 있고, 바람직하게는 증착법을 이용할 수 있다. The forming 230 of the transparent electrode material-polymer fiber composite may use a coating method, a deposition method, or both, and preferably, a deposition method.

열처리하여 폴리머 섬유를 제거하는 단계(240)는, 상기 투명전극 물질-폴리머 섬유 복합체를 열처리하여 폴리머 섬유 중 적어도 일부분을 제거하는 단계일 수 있다. 즉, 폴리머 섬유는 중공형 나노선 구조체 형성을 위한 템플레이트로 적용하여, 90 % 이상; 또는 전체를 제거할 수 있다. 상기 폴리머 섬유를 제거하여 중공형, 다공성 또는 이 둘을 갖는 자가 지지형 나노섬유 구조체를 형성할 수 있다. 상기 자가 지지형 나노섬유 구조체는, 서로 평행하게 배치된 투명전극 사이에 걸쳐서 배열되어, 투명전극의 전기적 연결과 가스에 대한 우수한 감지 기능을 제공할 수 있다. 예를 들어, 자가 지지형 나노섬유 구조체의 외부층(또는, 표면층)은 투명전극 물질로 이루어지고, 중공을 감싸는 내부층은 기공이 외부층 보다 발달되어 높은 다공성을 가질 수 있다. The step 240 of removing the polymer fibers by heat treatment may include removing at least a portion of the polymer fibers by heat treating the transparent electrode material-polymer fiber composite. That is, the polymer fiber is applied as a template for forming the hollow nanowire structure, 90% or more; Or the whole can be removed. The polymer fibers may be removed to form a hollow, porous or self-supporting nanofiber structure having both. The self-supporting nanofiber structure may be arranged between the transparent electrodes arranged in parallel with each other, thereby providing an electrical connection of the transparent electrodes and an excellent sensing function for gas. For example, the outer layer (or surface layer) of the self-supporting nanofiber structure may be made of a transparent electrode material, and the inner layer surrounding the hollow may have higher porosity because pores are developed than the outer layer.

열처리하여 폴리머 섬유를 제거하는 단계(240)는, 공기, 산소 및 비활성 가스 중 적어도 하나의 분위기에서 실시되고, 200 ℃ 이상; 300 ℃ 이상; 400 내지 1000 ℃에서 실시될 수 있다. 또한, 10 분 이상; 30 분 이상; 1 시간 이상; 1 시간 내지 20 시간 동안 실시될 수 있다. Heat treatment step 240 of removing the polymer fibers is carried out in an atmosphere of at least one of air, oxygen and inert gas, 200 ℃ or more; 300 ° C. or higher; It may be carried out at 400 to 1000 ° C. More than 10 minutes; At least 30 minutes; At least 1 hour; It may be carried out for 1 to 20 hours.

실시예Example

도 2의 공정에서 제시한 바와 같이, 습식 에칭 공정(wet etching process)에 의해 제조된 유리기반 구리 프레임(Glass made copper frame)을 준비하였다. 다음으로, IZO 전극을 스퍼터링 증착(IZO (2% In, ITASCO, 99.99%), 100 W RF power, distance 15 cm, 5 mTorr working pressure, RT.)하였다. 다음으로, 전기방사 용액(PVP(1.6g) 및 Propanol(25ml))을 40 ℃에서 1시간 동안 750 rpm으로 교반하여 제조한 이후, 전기방사(Electrospinning, -9.5 kV, Feeding rate= 0.8ml/h, distance 15 cm, 26-gauge needle)하여 나노섬유를 방사하였다. 방사된 나노섬유 상에 AZO(AZO (2 wt%, 99.999% pure), 50W RF power, distance 15 cm, 5mTorr working pressure, RT.)를 스퍼터링 증착하여 코팅층을 형성하고, 400 ℃에서 1시간 동안 열처리하여 폴리머를 제거하여 가스 센서를 제조하였다. 전기방사에서 각각 1분 내지 1시간 동안 방사하였다.As shown in the process of FIG. 2, a glass made copper frame prepared by a wet etching process was prepared. Next, the IZO electrode was sputter deposited (IZO (2% In, ITASCO, 99.99%), 100 W RF power, distance 15 cm, 5 mTorr working pressure, RT.). Next, after the electrospinning solution (PVP (1.6g) and Propanol (25ml)) was prepared by stirring at 750 rpm for 1 hour at 40 ℃, electrospinning (Electrospinning, -9.5 kV, Feeding rate = 0.8ml / h , distance 15 cm, 26-gauge needle) to spin the nanofibers. Sputtering deposition of AZO (AZO (2 wt%, 99.999% pure), 50W RF power, distance 15 cm, 5mTorr working pressure, RT.) On the spun nanofibers to form a coating layer, heat treatment at 400 ℃ for 1 hour To remove the polymer to prepare a gas sensor. Electrospinning was performed for 1 minute to 1 hour each.

전기 방사된 나노 섬유의 방사 시간에 따라 SEM 이미지를 측정하여 도 4에 나타내었다. 도 4에서 방사 시간이 증가하여 나노섬유의 밀도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 나노섬유의 방사 시간에 따라 UV-Vis 스펙트럼을 측정하고, 유리창에 접착한 이후 이미지를 측정하여 도 4에 나타내었다. 도4를 살펴보면, 전기방사된 나노선의 수가 증가할 수록 투과도가 낮아지고, 투과도에서 변화가 있는 것을 확인할 수 있다.SEM images were measured according to the spinning time of the electrospun nanofibers and are shown in FIG. 4. In Figure 4 it can be seen that the spinning time is increased to increase the density of the nanofibers. The UV-Vis spectrum was measured according to the spinning time of the nanofibers, and the image was measured after adhering to the glass window and is shown in FIG. 4. Referring to FIG. 4, as the number of electrospun nanowires increases, the transmittance decreases, and it can be seen that there is a change in transmittance.

열처리 이후에 AZO 쉘을 갖는 중공형 나노구조체의 XPS를 측정하여 도 5에 나타내었다. 도 5의 XPS에서 AZO 나노구조체가 손상 없이 형성된 것을 확인할 수 있다. 제조된 가스 센서의 전기적 특성 및 감지 특성을 평가하여 도 6에 나타내었다. 도 6의 (a)에서 선형적 I-V 특성을 나타내고, 나노선의 개수가 많을수록 저항이 낮아지기 때문에, 전기적 특성이 더 향상되는 것을 확인할 수 있다. 도 6의 (b) 및 (c)는 낮은 농도의 NO2에 대한 감지 성능이 변화되는 것을 확인할 수 있으나, 우수한 감지 성능을 제공할 수 있다. 도 6의 (d)는 투명성을 가지는 투명가스 센서의 낮은 농도에서도 투과도를 유지하며 낮은 농도의 NO2에 대해서 상온에서 고온까지 센싱 기능을 제공하는 것을 확인할 수 있다.After the heat treatment, XPS of the hollow nanostructure having the AZO shell was measured and shown in FIG. 5. In the XPS of Figure 5 it can be seen that the AZO nanostructures are formed without damage. The electrical and sensing characteristics of the manufactured gas sensor were evaluated and shown in FIG. 6. In FIG. 6A, since the linear IV characteristics are shown and the number of nanowires increases, the resistance is lowered. Therefore, the electrical characteristics may be further improved. 6 (b) and (c) it can be seen that the detection performance for the low concentration of NO 2 is changed, it can provide excellent detection performance. 6 (d) it can be seen that maintaining the permeability even at a low concentration of the transparent gas sensor having transparency and provides a sensing function from room temperature to high temperature for the low concentration of NO 2 .

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.  Although the embodiments have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art may apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. may be combined or combined in a different form than the described method, or other components. Or even by substitution or replacement by equivalents, an appropriate result can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the following claims.

Claims (14)

지지 프레임;
상기 지지 프레임 상에 형성되고, 서로 평행하도록 배치된 복수 개의 투명전극; 및
상기 복수 개의 전극 사이로 배열되고, 상기 복수 개의 투명전극을 전기적으로 연결하는, 복수 개의 자가 지지형(free-standing) 나노선 구조체를 포함하는 감지부;
를 포함하고,
상기 자가 지지형 나노선 구조체는, 다공성, 중공형 또는 둘 다를 갖는 것인,
투명가스 센서.
Support frame;
A plurality of transparent electrodes formed on the support frame and disposed to be parallel to each other; And
A sensing unit arranged between the plurality of electrodes, the sensing unit including a plurality of free-standing nanowire structures electrically connecting the plurality of transparent electrodes;
Including,
The self-supporting nanowire structure, will have a porous, hollow or both,
Clear gas sensor.
제1항에 있어서,
상기 지지 프레임은, 개방형이고, 투명 재질을 포함하고,
상기 투명 재질은, 유리, 실리콘, 사파이어 및 투명 폴리머로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것인,
투명가스 센서.
The method of claim 1,
The support frame is open, and comprises a transparent material,
Wherein the transparent material, glass, silicon, sapphire and transparent polymer containing one or more selected from the group consisting of,
Clear gas sensor.
제1항에 있어서,
상기 지지 프레임은, 전도성 금속층을 더 포함하는 것인,
투명가스 센서.
The method of claim 1,
The support frame further comprises a conductive metal layer,
Clear gas sensor.
제1항에 있어서,
상기 투명전극은, 투명전극 물질을 포함하고,
상기 투명전극 물질은, 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드(AZO), 갈륨징크옥사이드(GZO), 플로린틴옥사이드(FTO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드(IZTO-Ag-IZTO) 및 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 것인,
투명가스 센서.
The method of claim 1,
The transparent electrode includes a transparent electrode material,
The transparent electrode material is indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium zinc tin oxide (IZTO), aluminum zinc oxide (AZO), gallium zinc oxide (GZO), florin tin oxide (FTO), indium Tin oxide-silver-indium tin oxide (ITO-Ag-ITO), indium zinc oxide-silver-indium zinc oxide (IZO-Ag-IZO), indium zinc tin oxide-silver-indium zinc tin oxide (IZTO-Ag-IZTO And aluminum zinc oxide-silver-aluminum zinc oxide (AZO-Ag-AZO), including at least one selected from the group consisting of
Clear gas sensor.
제1항에 있어서,
상기 자가 지지형 나노선 구조체는, 상기 투명전극과 동일하거나 또는 상이한 투명전극 물질을 포함하는 것인,
투명가스 센서.
The method of claim 1,
The self-supporting nanowire structure includes a transparent electrode material that is the same as or different from that of the transparent electrode.
Clear gas sensor.
제1항에 있어서,
상기 자가 지지형 나노선 구조체는, 서로 이격되게 배열되는 것인,
투명가스 센서.
The method of claim 1,
The self-supporting nanowire structure is to be spaced apart from each other,
Clear gas sensor.
제1항에 있어서,
상기 자가 지지형 나노선 구조체는, 라인, 격자 패턴 또는 랜덤한 형태로 배열된 것인,
투명가스 센서.
The method of claim 1,
The self-supporting nanowire structure is arranged in a line, lattice pattern or random form,
Clear gas sensor.
제1항에 있어서,
상기 투명가스 센서는, 이산화황(SO2), 암모니아(NH3), 포름알데이드(HCHO), 염소(Cl2), 불산(HF), 히드라진(N2H4), 메틸아민(CH3NH2), 강산(HCl) 및 트리메틸아민((CH3)3N) 및 이산화질소(NO2)으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나를 감지하는 것인,
투명가스 센서.
The method of claim 1,
The transparent gas sensor is sulfur dioxide (SO 2 ), ammonia (NH 3 ), formaldehyde (HCHO), chlorine (Cl 2 ), hydrofluoric acid (HF), hydrazine (N 2 H 4 ), methylamine (CH 3 NH 2 ), to detect at least one selected from the group consisting of strong acid (HCl) and trimethylamine ((CH 3 ) 3 N) and nitrogen dioxide (NO 2 ),
Clear gas sensor.
제1항의 투명가스 센서와 분석 대상을 접촉시키는 단계; 및
신호를 감지하여 분석하는 단계;
를 포함하는,
투명가스 센서를 이용한 가스 감지 방법.
Contacting the transparent gas sensor of claim 1 with an object to be analyzed; And
Detecting and analyzing the signal;
Containing,
Gas detection method using transparent gas sensor.
지지 프레임을 준비하는 단계;
지지 프레임의 상부면의 적어도 일부분에 서로 평행하게 배열된 복수 개의 투명전극을 형성하는 단계;
폴리머 섬유를 방사하여 상기 복수 개의 전극 사이로 폴리머 섬유를 배열하는 단계;
상기 폴리머 섬유를 투명전극 물질로 코팅하여 투명전극 물질-폴리머 섬유 복합체를 형성하는 단계; 및
상기 투명전극 물질-폴리머 섬유 복합체를 열처리하여 폴리머 섬유 중 적어도 일부분을 제거하는 단계;
를 포함하는,
투명가스센서의 제조방법.
Preparing a support frame;
Forming a plurality of transparent electrodes arranged parallel to each other on at least a portion of the upper surface of the support frame;
Spinning polymer fibers to arrange polymer fibers between the plurality of electrodes;
Coating the polymer fibers with a transparent electrode material to form a transparent electrode material-polymer fiber composite; And
Heat treating the transparent electrode material-polymer fiber composite to remove at least a portion of polymer fibers;
Containing,
Method for manufacturing a transparent gas sensor.
제10항에 있어서,
상기 투명전극 물질-폴리머 섬유 복합체를 형성하는 단계는, 투명전극 물질을 증착하는 것인,
투명가스센서의 제조방법.
The method of claim 10,
Forming the transparent electrode material-polymer fiber composite is to deposit a transparent electrode material,
Method of manufacturing a transparent gas sensor.
제10항에 있어서,
상기 폴리머 물질은, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리에틸 렌옥사이드(PEO), 카르복시메틸셀룰로오스(CMC), 전분(starch), 폴리아크릴산(PA), 히알루론산(Hyaluronic acid), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리아크릴로니트릴(PAN), 폴리비닐아세테이트(PVAc) 및 PVC(폴리비닐클로라이드) 중 적어도 하나를 포함하는 것인,
투명가스센서의 제조방법.
The method of claim 10,
The polymer material may be polyvinylpyrrolidone (PVP), polyvinyl alcohol (PVA), polyethylene oxide (PEO), carboxymethyl cellulose (CMC), starch, polyacrylic acid (PA), hyaluronic acid ( Hyaluronic acid), polymethyl methacrylate (PMMA), polyacrylonitrile (PAN), polyvinylacetate (PVAc) and PVC (polyvinyl chloride),
Method of manufacturing a transparent gas sensor.
제10항에 있어서,
상기 폴리머 섬유를 배열하는 단계는, 폴리머 섬유를 전기방사하는 것인,
투명가스센서의 제조방법.
The method of claim 10,
Arranging the polymer fibers, the electrospun polymer fibers,
Method of manufacturing a transparent gas sensor.
제10항에 있어서,
상기 폴리머 섬유를 제거하는 단계는, 200 ℃ 이상의 온도에서 열처리하는 것인,
투명가스센서의 제조방법.
The method of claim 10,
Removing the polymer fibers, the heat treatment at a temperature of 200 ℃ or more,
Method of manufacturing a transparent gas sensor.
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