KR20220048652A - HIGHLY SENSITIVE NITROGEN DIOXIDE (NO2) GAS SENSOR USING GRAPHENE DOPED WITH ZINC OXIDE (ZnO) NANOSHEET, AND A METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME - Google Patents

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Abstract

Disclosed are a nitrogen dioxide (NO_2) gas detection sensor, and a method for manufacturing the same.

Description

산화아연 나노시트(ZnO Nanosheet)로 도핑된 그래핀을 이용한 고감도 이산화질소 가스센서 및 이의 제조 방법 {HIGHLY SENSITIVE NITROGEN DIOXIDE (NO2) GAS SENSOR USING GRAPHENE DOPED WITH ZINC OXIDE (ZnO) NANOSHEET, AND A METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}HIGHLY SENSITIVE NITROGEN DIOXIDE (NO2) GAS SENSOR USING GRAPHENE DOPED WITH ZINC OXIDE (ZnO) NANOSHEET, AND A METHOD FOR MANUFACTURING SAME}

본 명세서는 산화아연 나노시트(ZnO Nanosheet)로 도핑된 그래핀을 이용한 고감도 이산화질소 가스센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. The present specification relates to a high-sensitivity nitrogen dioxide gas sensor using graphene doped with a zinc oxide nanosheet and a method for manufacturing the same.

보다 구체적으로는, 도핑 농도, 산화아연 나노시트의 특성, 이산화질소 가스검출 조건을 최적화하고, 그래핀 표면에 이산화질소 가스가 접촉 했을때의 저항(resistance) 변화를 통한 검출이 가능한, 고감도, 고선택성의 이산화질소 가스 검출 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.More specifically, it is possible to optimize the doping concentration, characteristics of zinc oxide nanosheets, and nitrogen dioxide gas detection conditions, and to detect through resistance changes when nitrogen dioxide gas is in contact with the graphene surface. It relates to a nitrogen dioxide gas detection sensor and a method for manufacturing the same.

이산화질소(NO2) 가스는 연소 생성물 중 하나로서 스모그, 미세먼지 및 산성비 형성의 전구 물질로 위험한 대기 오염 물질로 간주 된다. 또한, 인간의 건강에 심각한 악영향을 미친다. 따라서, 대기의 질을 평가하기 위해서 NO2 가스의 농도를 모니터링하는 것이 중요하여, 상업적으로 이용 가능하며, 편리하고 사용이 간편한 여러 유형의 NO2 가스센서를 개발하기 위해 많은 연구들을 수행해 왔다. Nitrogen dioxide (NO 2 ) gas is considered a hazardous air pollutant as one of the combustion products and as a precursor to the formation of smog, fine dust and acid rain. In addition, it has a serious adverse effect on human health. Therefore, it is important to monitor the concentration of NO 2 gas to evaluate air quality, and many studies have been conducted to develop several types of NO 2 gas sensors that are commercially available, convenient and easy to use.

안전 관점에서 볼 때 특히 폭발 위험성이 있는 환경에서 NO2 가스의 실온 (RT) 감지가 필요하다. 수많은 금속 산화물 및 반도체 개질용 금속 산화물들이 NO2 가스 검출을 위한 재료에 적용되어왔다. From a safety point of view, room temperature (RT) detection of NO 2 gas is required, especially in explosive environments. Numerous metal oxides and metal oxides for semiconductor reforming have been applied to materials for NO 2 gas detection.

그러나, 현재 이용 가능한 금속 산화물 반도체 기반 센서는 실온에서 높은 감도로 검출을 할 수 없다. 따라서, NO2 가스 센서에 적합한 상온에서 센서측정용 재료를 제조하는 것은 여전히 해결하기 어려운 문제로 남아있다. However, currently available metal oxide semiconductor-based sensors cannot detect with high sensitivity at room temperature. Therefore, manufacturing a material for sensor measurement at room temperature suitable for a NO 2 gas sensor still remains a difficult problem to solve.

그래핀은 센서를 포함한 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다. 가스 센서로 응용되기 위해서는 몇 가지 중요한 특성을 갖고 있어야 한다. 첫째로 모든 표면에 가스가 노출되어야 하고, 둘째로 열잡음이 작아야 한다. 세 번째로 대기 및 열악한 환경에서 매우 안정해야 한다. 그러나 이러한 조건을 만족하기에는 그래핀은 적합하지 않다.Graphene is widely used in various fields including sensors. In order to be applied as a gas sensor, it must have several important characteristics. First, the gas must be exposed on all surfaces, and secondly, the thermal noise must be low. Third, it must be very stable in the atmosphere and in harsh environments. However, graphene is not suitable to satisfy these conditions.

따라서 전이 금속으로 만들어진 다양한 나노 구조체를 그래핀 표면 위에 도핑시킴으로서 그래핀이 가지고 있는 단점을 개선하여 센서로 활용이 가능하다. Therefore, by doping various nanostructures made of transition metals on the graphene surface, it is possible to improve the disadvantages of graphene and use it as a sensor.

원형의 그래핀(pristine graphene) 및 금속 산화물은 저렴한 비용, 뛰어난 전기적 특성 및 상온에서 높은 표면-볼륨(surface-volume) 비율로 인해 NO2 가스를 검출을 위한 이상적인 재료로 상당한 가능성과 전망을 가지고 있다.Pristine graphene and metal oxides have considerable promise and promise as ideal materials for the detection of NO 2 gas due to their low cost, excellent electrical properties and high surface-volume ratio at room temperature. .

그러나 금속 산화물은 곡률이 높고 물, 에탄올 및 기타 극성 유기 용매에 잘 녹지 않기 때문에 그래핀 상에 쉽게 성장할 수 없다. 이 문제를 극복할 수 있으면서도, 고감도 및 고선택성을 가지는 이산화질소 검출 센서의 개발이 필요하다. However, metal oxides cannot be easily grown on graphene because of their high curvature and poor solubility in water, ethanol and other polar organic solvents. It is necessary to develop a nitrogen dioxide detection sensor that can overcome this problem and has high sensitivity and high selectivity.

한국 등록특허 제10-2090489호Korean Patent Registration No. 10-2090489

예를 들어, 도 12의 특허 문헌에 기재된 암모니아 가스 검출 센서는, 도시된 바와 같이, 기판위에 원형의 그래핀 표면에 산화구리 나노입자를 도핑한 검출센서를 올려놓는 것으로 구성된다. 기존의 가스 검출 센서는 산화·환원에 의한 전기화학적 측정 센서이다. 이의 센서는 열에 민감하여 환경에 따른 사용에 제약이 있으며, 금속 성분의 산화로 인한 재현성과 민감도가 낮으며, 응용에 대한 제한이 많아, 이러한 센서를 현장에서 사용하기에는 많은 문제점을 갖고 있다. For example, the ammonia gas detection sensor described in the patent document of FIG. 12 is configured by placing a detection sensor doped with copper oxide nanoparticles on a circular graphene surface on a substrate, as shown. The existing gas detection sensor is an electrochemical measurement sensor by oxidation/reduction. The sensor is sensitive to heat, so there are restrictions on use depending on the environment, reproducibility and sensitivity due to oxidation of metal components are low, and there are many restrictions on application, so there are many problems in using such a sensor in the field.

본 명세서에서는, 화학적 일단층 (single layer)의 원형 그래핀(pristine graphene)의 표면 위에, 산화아연 나노시트 (nanosheet)를 제조하고 도핑시킴으로서, 이들의 물리화학적 특성 및 검출 대상인 이산화질소(NO2) 가스 저항 변화를 통한 고감도, 고성능의 실시간 검출 센서를 제공하고자 한다. In the present specification, by preparing and doping a zinc oxide nanosheet on the surface of a pristine graphene of a chemical single layer, nitrogen dioxide (NO 2 ) gas, which is a target for their physicochemical properties and detection It is intended to provide a high-sensitivity, high-performance real-time detection sensor through resistance change.

또한, 본 명세서에는, 전이 금속인 아연(Zn)의 산화물로 제조된 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet)로 이루어진 나노구조물질을 이용하여 그래핀 표면의 물질화학적 특성을 개질함으로서, 이산화질소 가스의 실시간 모니터링을 위한 효율적이고 제조공정이 간단하며 고감도, 고성능의 센서 개발과 이의 제조 방법을 제공한다. In addition, in the present specification, real-time monitoring of nitrogen dioxide gas by modifying the material and chemical properties of the graphene surface using a nanostructure material made of zinc oxide nanosheets made of an oxide of zinc (Zn), which is a transition metal It provides an efficient, simple manufacturing process, high-sensitivity, high-performance sensor development and a manufacturing method for the same.

본 발명의 일 구현예에서, 기판; 상기 기판 상부에 위치하는 그래핀 시트; 및 상기 그래핀 시트 상에 도핑된 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet); 를 포함하는, 이산화질소 가스 검출 센서를 제공한다. In one embodiment of the present invention, a substrate; a graphene sheet positioned on the substrate; and a zinc oxide nanosheet doped on the graphene sheet; It provides a nitrogen dioxide gas detection sensor comprising a.

본 발명의 또다른 일 구현예에서, 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet)를 제조하는 단계; 및 그래핀 시트의 상부에 상기 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet)을 도핑하는 단계;를 포함하는, 이산화질소 가스 검출 센서 제조방법을 제공한다. In another embodiment of the present invention, manufacturing a zinc oxide nanosheet (ZnO nanosheet); and doping the zinc oxide nanosheet on the graphene sheet.

본 발명의 또다른 일 구현예에서, 전술한 이산화질소 가스 검출 센서; 챔버; 제어 및 기록 장치; 유량 제어 장치; 및 가스 공급 장치;를 포함하는, 이산화질소 가스 검출 시스템을 제공한다. In another embodiment of the present invention, the above-described nitrogen dioxide gas detection sensor; chamber; control and recording devices; flow control device; and a gas supply device; it provides, including, a nitrogen dioxide gas detection system.

본 발명의 일 구현예에 따른 이산화질소 가스 검출 센서는, 그래핀 표면 위에 얇은 나노시트형 산화아연을 도핑함으로 나노시트(nanosheet)가 단일층 또는 여러 층으로 도핑된 그래핀을 포함하며, 여기서 도핑된 그래핀은 가스 센서의 중요한 기반 물질이다. 또한, 그래핀의 특성은 산화아연 나노시트의 층을 변화하거나 농도를 제어함으로써 고감도 이산화질소 가스 감지에 대한 최적 조건을 제시해 준다.The nitrogen dioxide gas detection sensor according to an embodiment of the present invention includes graphene in which a nanosheet is doped in a single layer or in multiple layers by doping a thin nanosheet-type zinc oxide on a graphene surface, wherein the doped graphene Fins are an important base material for gas sensors. In addition, the properties of graphene suggest optimal conditions for high-sensitivity nitrogen dioxide gas detection by changing the layer or controlling the concentration of zinc oxide nanosheets.

또한, 본 발명의 일 구현예에 따른 이산화질소 가스 검출 센서는, 고감도 및 고선택성 전이 금속의 산화물로 이루어진 나노 구조 물질을 이용한 검출 센서로서, 빠른 감응 속도와 낮은 농도(0~10 ppm)와 높은 농도(10~100 ppm) 구간, 즉 약 0.001 내지 500 ppm의 넓은 범위에서 대상 가스 검출이 가능하다. In addition, the nitrogen dioxide gas detection sensor according to an embodiment of the present invention is a detection sensor using a nanostructure material made of an oxide of a transition metal with high sensitivity and high selectivity. (10-100 ppm) section, that is, it is possible to detect the target gas in a wide range of about 0.001 to 500 ppm.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이산화질소(NO2) 가스 검출 센서의 작동 메커니즘을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이산화질소 가스 검출 센서 제조 방법을 나타내는 일련의 과정이다.
도 3는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이산화질소 가스 검출 센서의 그래핀 상의 개략적인 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이산화질소 가스 검출 시스템의 전체적인 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이산화질소 가스 검출센서의 산화아연의 도핑 횟수에 따른 전기 전도 저항의 반응성을 나타내는 그래프이다.
도 6a-6d은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이산화질소 가스 검출 센서에 있어서, 산화아연이 도핑된 그래핀에 대한 TEM 사진 (6A-C)과, Zetasizer로 측정된 산화아연 나노시트의 크기 분포도(6D)이다.
도 7a-7c은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이산화질소 가스 검출센서에 있어서, 초기 그래핀(a)과 산화 아연 나노시트가 도핑 된 그래핀(b) 및 이의 G 밴드(7B)와 2D 밴드(7C)의 차이(frequency 및 intensity 변화)를 보여주는 Raman 스펙트럼이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이산화질소 가스 검출센서에 있어서, (A) 원형의 그래핀, (B) 산화아연 나노시트(nanosheet)로 도핑된 그래핀 및 제조된 산화아연 나노시트 파우더 (C)의 XRD 스펙트럼이다.
도 9a-9b은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이산화질소 가스 검출 센서 시스템에 있어서, 이산화질소 가스 100 ppm에서 산화아연 나노시트가 도핑된 센서의 반응성 및 안정성을 나타낸 그래프이다.
도 10a-10b은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이산화질소 검출 시스템에서 이산화질소 가스 농도에 따른 반응성을 나타낸 그래프(10A)와 이의 정량 그래프(10B)이다.
도 11는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이산화질소 가스 검출 시스템에서 이산화질소 가스, 황산가스, 황화수소, 암모니아, 디메틸설파이드(demethy sulfide), 아세트알데히드에 대한 가스 반응성을 나타낸 그래프이다.
도 12는 종래의 다른 가스 검출 센서를 개략적으로 나타낸 것이다.
1 is a conceptual diagram schematically illustrating an operating mechanism of a nitrogen dioxide (NO 2 ) gas detection sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a series of processes illustrating a method for manufacturing a nitrogen dioxide gas detection sensor according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic conceptual diagram of a graphene phase of a nitrogen dioxide gas detection sensor according to an embodiment of the present invention.
4 is an overall configuration diagram of a nitrogen dioxide gas detection system according to an embodiment of the present invention.
5 is a graph showing the reactivity of the electrical conduction resistance according to the doping number of zinc oxide of the nitrogen dioxide gas detection sensor according to an embodiment of the present invention.
6A-6D are TEM photographs (6A-C) of graphene doped with zinc oxide in the nitrogen dioxide gas detection sensor according to an embodiment of the present invention, and a size distribution diagram of zinc oxide nanosheets measured with a Zetasizer ( 6D).
7a-7c are graphene (b) doped with initial graphene (a) and zinc oxide nanosheets in the nitrogen dioxide gas detection sensor according to an embodiment of the present invention, and its G band (7B) and 2D band ( 7C) is a Raman spectrum showing the difference (frequency and intensity change).
8 is a graph showing (A) circular graphene, (B) graphene doped with zinc oxide nanosheets, and prepared zinc oxide nanosheet powder ( C) is the XRD spectrum.
9A-9B are graphs showing the reactivity and stability of a sensor doped with zinc oxide nanosheets at 100 ppm of nitrogen dioxide gas in the nitrogen dioxide gas detection sensor system according to an embodiment of the present invention.
10A-10B are a graph 10A and a quantitative graph 10B showing the reactivity according to the nitrogen dioxide gas concentration in the nitrogen dioxide detection system according to an embodiment of the present invention.
11 is a graph showing gas reactivity to nitrogen dioxide gas, sulfuric acid gas, hydrogen sulfide, ammonia, dimethyl sulfide (demethy sulfide), and acetaldehyde in the nitrogen dioxide gas detection system according to an embodiment of the present invention.
12 schematically shows another conventional gas detection sensor.

이하, 본 발명의 구현예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 구현예들이 첨부된 도면을 참고로 설명되었으나 이는 예시를 위하여 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 구성 및 적용이 제한되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, which are described for purposes of illustration, and the technical spirit of the present invention and its configuration and application are not limited thereby.

설명에 앞서, 여러 실시 형태에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성 요소에 대해서는 동일 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시 형태에서 설명하고, 그 외 실시 형태에서는 다른 구성 요소에 대해서만 설명하기로 한다. Prior to the description, in various embodiments, the same reference numerals are used to denote components having the same configuration in one embodiment, and only other components will be described in other embodiments.

본 발명의 예시적인 구현예들에서는, 기판; 상기 기판 상부에 위치하는 그래핀 시트; 및 상기 그래핀 시트 상에 도핑된 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet); 를 포함하는, 이산화질소 가스 검출 센서를 제공한다. Exemplary embodiments of the present invention include a substrate; a graphene sheet positioned on the substrate; and a zinc oxide nanosheet doped on the graphene sheet; It provides a nitrogen dioxide gas detection sensor comprising a.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이산화질소 가스 검출 센서의 작동 메커니즘을 개략적으로 나타낸 개념도이다. 1 is a conceptual diagram schematically illustrating an operating mechanism of a nitrogen dioxide gas detection sensor according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 이산화질소 가스 검출 센서(10)는 기판(11), 이러한 기판(11)의 상부에 위치하는 그래핀 시트(12) 및 그래핀 시트(12) 표면에 도핑되어 위치하는 산화아연 나노시트(13)를 포함한다. 특히, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이산화질소 가스 센서(10)는 기체상의 이산화질소(NO2) 가스를 검출하는데 유용하다. As shown in FIG. 1, the nitrogen dioxide gas detection sensor 10 is doped on the surface of the substrate 11, the graphene sheet 12 and the graphene sheet 12 positioned on the upper portion of the substrate 11. and zinc oxide nanosheets (13). In particular, the nitrogen dioxide gas sensor 10 according to an embodiment of the present invention is useful for detecting gaseous nitrogen dioxide (NO 2 ) gas.

도 1을 참조하면, 환경에서 초기 그래핀 노출은 산소 이온, 수증기 및 기타 오염 물질에 의한 자유 전자 트랩 (free electron trapping)으로 인하여 p형 도핑을 유도한다. Referring to FIG. 1 , the initial graphene exposure in the environment induces p-type doping due to free electron trapping by oxygen ions, water vapor and other contaminants.

도핑된 그래핀의 이산화질소 감지 메커니즘은 그래핀 도펀트(dopant)에 의해 제공되는 흡착 및 반응 위치로 설명될 수 있다. 그래핀 표면의 산화아연 나노시트와 상호 작용할 때, 이산화질소 분자는 아연을 산화시켜 아연 산화물 (ZnO), 즉 p형 반도체로 변환시킨다. The nitrogen dioxide sensing mechanism of doped graphene can be explained by the adsorption and reaction sites provided by the graphene dopant. When interacting with the zinc oxide nanosheets on the graphene surface, nitrogen dioxide molecules oxidize zinc and convert it into zinc oxide (ZnO), that is, a p-type semiconductor.

이 반응은 센서의 전도 채널에서 전하 캐리어의 농도를 변경한다. 공기 중의 그래핀은 p형 반도체이기 때문에 ZnO에 의한 정공(hole)을 추가하면 저항률이 감소하여 이산화질소 가스의 존재를 감지할 수 있다. 현재 저항성 ZnO 나노시트 기반 그래핀 센서의 관찰된 감지 거동은 전하 이동 및 표면 반응 메커니즘에 기초하여 설명될 수 있다. 도 1에서 회로도는 특히 NO2에 대한 그래핀-ZnO 나노시트 복합체 센서의 감지 메커니즘 및 표면 특성을 보여준다. 화학적 환원에 의해 합성된 그래핀-ZnO 나노시트 복합체는 전자 흡인 산소 관능기로 인해 p형 반도체 특성을 갖는다.This response changes the concentration of charge carriers in the sensor's conduction channel. Since graphene in air is a p-type semiconductor, if a hole by ZnO is added, the resistivity decreases and the presence of nitrogen dioxide gas can be detected. Currently, the observed sensing behavior of resistive ZnO nanosheet-based graphene sensors can be explained based on charge transfer and surface reaction mechanisms. The circuit diagram in FIG. 1 specifically shows the sensing mechanism and surface properties of the graphene-ZnO nanosheet composite sensor for NO 2 . The graphene-ZnO nanosheet composite synthesized by chemical reduction has p-type semiconductor properties due to the electron-withdrawing oxygen functional group.

흥미롭게도, 그래핀-ZnO 나노시트 복합체의 도핑 후에도 여전히 전형적인 p형 반도체처럼 행동한다. Interestingly, even after doping of the graphene-ZnO nanosheet composite, it still behaves like a typical p-type semiconductor.

전도도는 홀 때문으로 보여진다. 산화 NO2를 감소(withdrawing)하는 전자에 노출 될 때, ZnO-그래핀 복합체 표면에서 정공 농도는 그래핀 표면으로부터 흡착 NO2 분자로의 전자의 이동으로 인해 증가한다. 결과적으로, 정공 전도성도 증가하여 저항이 감소된다.Conductivity appears to be due to the hole. When exposed to electrons withdrawing oxidized NO 2 , the hole concentration on the surface of the ZnO-graphene composite increases due to the transfer of electrons from the graphene surface to adsorbed NO 2 molecules. As a result, the hole conductivity also increases, resulting in a decrease in resistance.

ZnO 가스 센서의 작동 원리는 가스의 조성 및 작동 온도 및 도핑된 금속 성분과 조성에 따라 가스의 흡착 탈착 및 전하 이동으로 인한 전기 저항률/전도도의 변화에 기반한다.The working principle of the ZnO gas sensor is based on the change in electrical resistivity/conductivity due to adsorption desorption and charge transfer of the gas depending on the composition and operating temperature of the gas and the doped metal composition and composition.

정상적인 대기 조건에서 ZnO는 O-, O2- 및 O2 - 와 같은 공기에서 산소를 흡수하고, 흡착된 산소는 ZnO 나노시트 표면으로부터 전자를 들어 올려 전자가 고갈된 표면층을 형성시킨다. 이것은 좁은 전도 채널을 형성한다.Under normal atmospheric conditions, ZnO is O - , O 2 - and O 2 - Oxygen is absorbed from the air, and the adsorbed oxygen lifts electrons from the surface of the ZnO nanosheet to form an electron-depleted surface layer. This forms a narrow conduction channel.

또한, 실험 챔버에서 이산화질소와 같은 산화성 가스가 존재하면 ZnO ZnO 나노시트 표면에서 더 많은 전자가 들어 올려질 것이다.In addition, the presence of an oxidizing gas such as nitrogen dioxide in the experimental chamber will lift more electrons from the surface of the ZnO ZnO nanosheets.

이렇게 하면 공핍 영역의 두께가 증가하여 전도 채널이 더 작아진다. 결과적으로 감소된 전도 채널은 ZnO 나노시트 샘플의 저항의 측정 가능한 변화를 초래한다.This increases the thickness of the depletion region, resulting in a smaller conduction channel. As a result, the reduced conduction channel results in a measurable change in the resistance of the ZnO nanosheet sample.

또한, 본 발명의 경우, 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet) 는 나노 입자로서 가스 확산 활동에 효과적인 표면적을 제공하므로, 감지 성능에서 중요한 역할을 한다. In addition, in the case of the present invention, zinc oxide nanosheets (ZnO nanosheets) as nanoparticles provide an effective surface area for gas diffusion, and thus play an important role in sensing performance.

일 구현예에서, 상기 기판은 SiO2가 코팅된 Si일 수 있다. In one embodiment, the substrate may be Si coated with SiO 2 .

상기 그래핀 시트(12)는 그래핀(graphene) 소재가 얇은 막 형태로 층으로 이루어진 것을 의미하며, 단층(mono-layer)의 그래핀 시트(12)를 사용하는 것이 바람직하다. The graphene sheet 12 means that the graphene material is formed as a thin film layer, and it is preferable to use the graphene sheet 12 of a mono-layer.

일 구현예에서, 상기 그래핀 시트는 단층으로 이루어질 수 있다. In one embodiment, the graphene sheet may be formed of a single layer.

또한, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이산화질소 가스 검출 센서(1)는 산화아연 나노시트(13)가 그래핀 시트(12)의 상부 표면에 도핑되어 있는 것을 의미하고, 이러한 산화아연 나노시트는 그래핀 시트(12) 상부 표면에서 특정한 방향성이나 규칙을 갖지 않고, 그래핀 시트(12) 상부 표면에 고르게 분포되어 있다.In addition, the nitrogen dioxide gas detection sensor 1 according to an embodiment of the present invention means that the zinc oxide nanosheet 13 is doped on the upper surface of the graphene sheet 12, and this zinc oxide nanosheet is It does not have a specific direction or rule on the upper surface of the fin sheet 12 , and is evenly distributed on the upper surface of the graphene sheet 12 .

일 구현예에서, 상기 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet)는 단층(mono-layer), 또는 2 이상의 층(multi-layer)으로 이루어질 수 있다. 산화아연 나노시트로 도핑된 그래핀은 그래핀 본연의 강한 기계적, 전기적 특성과 안정성을 가진다. In one embodiment, the zinc oxide nanosheet (ZnO nanosheet) may be formed of a single layer (mono-layer) or two or more layers (multi-layer). Graphene doped with zinc oxide nanosheets has strong mechanical and electrical properties and stability of graphene.

상기 산화아연 나노시트는 나노시트 외의 다른 나노 구조 또는 벌크 입자와 비교하여, 향상된 전하저장 및 수송의 특징을 가지고, 표면적 향상으로 많은 활성 사이트를 제공할 수 있다.The zinc oxide nanosheet has improved charge storage and transport characteristics compared to other nanostructures or bulk particles other than the nanosheet, and can provide many active sites by improving the surface area.

일 구현예에서, 상기 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet)의 단일 입자의 평균 크기는 50 내지 90 nm일 수 있고, 예컨대 60 내지 80 nm 또는 바람직하게는 약 75 nm 일 수 있다. 상기 평균 크기는 상기 산화아연 나노시트 단일 입자의 판상형 구조의 평면 상에서 최장 길이의 평균 값을 나타낸 것이다. In one embodiment, the average size of a single particle of the zinc oxide nanosheet (ZnO nanosheet) may be 50 to 90 nm, for example, 60 to 80 nm, or preferably about 75 nm. The average size represents the average value of the longest length on the plane of the plate-shaped structure of the zinc oxide nanosheet single particles.

일 구현예에서, 상기 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet)의 단일 입자들이 응집된 경우의 평균 크기는 300 내지 500 nm일 수 있고, 예컨대 350 내지 450 nm 또는 바람직하게는 약 400 nm일 수 있다. In one embodiment, when the single particles of the zinc oxide nanosheet (ZnO nanosheet) are aggregated, the average size may be 300 to 500 nm, for example, 350 to 450 nm, or preferably about 400 nm.

일 구현예에서, 상기 도핑은 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet)를 상기 그래핀 시트 상에 4 내지 6 회 스핀코팅하여 수행될 수 있고, 바람직하게는 5회 스핀코팅하여 수행될 수 있으며, 더욱 바람직하게는 산화아연 나노시트(13)의 농도가 0.122 mol인 경우 5회 스핀 코팅하여 도핑이 수행될 수 있다. In one embodiment, the doping may be performed by spin coating a zinc oxide nanosheet (ZnO nanosheet) on the graphene sheet 4 to 6 times, preferably by spin coating 5 times, more preferably For example, when the concentration of the zinc oxide nanosheet 13 is 0.122 mol, doping may be performed by spin coating 5 times.

일 구현예에서, 상기 이산화질소 가스 검출 센서는 150초 이내에 이산화질소 가스를 검출할 수 있다. In one embodiment, the nitrogen dioxide gas detection sensor may detect nitrogen dioxide gas within 150 seconds.

일 구현예에서, 상기 이산화질소 가스 검출 센서는 20 내지 35 ℃에서 이산화질소 가스를 검출할 수 있다. In one embodiment, the nitrogen dioxide gas detection sensor may detect nitrogen dioxide gas at 20 to 35 ℃.

이산화질소 가스 검출 센서는 0.001 내지 1,000 ppm 에서 이산화질소 가스를 검출할 수 있고, 예컨대, 이산화질소 농도가 0.001 내지 700 ppm, 0.01 내지 600 ppm 또는 0.1 내지 500 ppm 인 경우에, 이산화질소 가스를 검출할 수 있다. The nitrogen dioxide gas detection sensor can detect nitrogen dioxide gas at 0.001 to 1,000 ppm, for example, when the nitrogen dioxide concentration is 0.001 to 700 ppm, 0.01 to 600 ppm, or 0.1 to 500 ppm, nitrogen dioxide gas can be detected.

일 구현예에서, 상기 이산화질소 가스 검출 센서는, 상기 그래핀 시트 양단에 연결되는 전극; 및 상기 이산화질소 가스 검출 센서를 구동하는 전원부;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment, the nitrogen dioxide gas detection sensor, electrodes connected to both ends of the graphene sheet; and a power supply unit for driving the nitrogen dioxide gas detection sensor.

도 2은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이산화질소 가스 검출 센서 제조 방법을 나타내는 일련의 과정이다. 2 is a series of processes illustrating a method for manufacturing a nitrogen dioxide gas detection sensor according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 또다른 예시적인 구현예들에서, 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet)를 제조하는 단계; 및 그래핀 시트의 상부에 상기 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet)을 도핑하는 단계;를 포함하는, 이산화질소 가스 검출 센서 제조방법을 제공한다. In another exemplary embodiment of the present invention, the method comprising the steps of: manufacturing a zinc oxide nanosheet (ZnO nanosheet); and doping the zinc oxide nanosheet on the graphene sheet.

일 구현예에서, 상기 그래핀 시트의 상부에 상기 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet)을 도핑하는 단계는, 상기 그래핀 시트를 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet)를 포함하는 용액에 침지하고, 상기 혼합액을 900 내지 1100 rpm의 속도로 200 내지 400 초 동안 스핀코팅하여 수행될 수 있다. In one embodiment, in the step of doping the zinc oxide nanosheet (ZnO nanosheet) on the graphene sheet, the graphene sheet is immersed in a solution containing a zinc oxide nanosheet (ZnO nanosheet), and the mixture solution may be performed by spin coating at a speed of 900 to 1100 rpm for 200 to 400 seconds.

일 구현예에서, 상기 스핀코팅은 4 내지 6회 수행될 수 있다. In one embodiment, the spin coating may be performed 4 to 6 times.

일 구현예에서, 상기 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet)를 포함하는 용액의 농도는 20 μL 내지 140 μL일 수 있고, 예컨대 30 내지 130 μL 또는 바람직하게는 100 μL일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.122 M의 100 μl일 수 있다. In one embodiment, the concentration of the solution containing the zinc oxide nanosheet (ZnO nanosheet) may be 20 μL to 140 μL, for example, 30 to 130 μL or preferably 100 μL, more preferably 0.122 100 μl of M.

본 발명의 또다른 예시적인 구현예들에서, 전술한 이산화질소 가스 검출 센서; 챔버; 제어 및 기록 장치; 유량 제어 장치; 및 가스 공급 장치;를 포함하는, 이산화질소 가스 검출 시스템을 제공한다.In another exemplary embodiment of the present invention, the above-described nitrogen dioxide gas detection sensor; chamber; control and recording devices; flow control device; and a gas supply device; it provides, including, a nitrogen dioxide gas detection system.

일 구현예에서, 도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이산화질소 가스 검출 시스템의 전체적인 구성도이다. In one embodiment, Figure 4 is an overall configuration diagram of the nitrogen dioxide gas detection system according to an embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 가스 공급장치(60)를 통하여 산화질소 가스와 아르곤 개스를 혼합되어 이산화질소 가스의 유속은 질량 흐름 제어기(MFC)(50) 장비를 통해 농도 구배를 정할 수 있고, 챔버(20)에서 센서(10)와 반응하여 멀티미터(30) 장비의 저항값(restistance)이 측정되고, 이 측정된 값은 PC(40)에서 표시할 수 있다.Referring to FIG. 4 , nitrogen oxide gas and argon gas are mixed through the gas supply device 60 so that the flow rate of the nitrogen dioxide gas can determine a concentration gradient through the mass flow controller (MFC) 50 equipment, and the chamber 20 ) reacts with the sensor 10 to measure the resistance value of the multimeter 30 equipment, and the measured value may be displayed on the PC 40 .

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 참고로 하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to preferred embodiments so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms, and is not limited to the embodiments described herein.

<< 실시예Example 1> 산화아연 1> Zinc Oxide 나노시트nanosheet (( nanosheetnanosheet ) 제조) Produce

ZnO 나노시트를 제조하기 위해, 3.30 g (0.015 mol)의 아세트산 아연 이수화물(Zn(CH3COO)2)·2H2O) 및 6.00 g (0.15 mol)의 수산화나트륨(NaOH)을 25 ml의 증류수에 용해시켜 재 분류시켰다.To prepare ZnO nanosheets, 3.30 g (0.015 mol) of zinc acetate dihydrate (Zn(CH 3 COO) 2 )·2H 2 O) and 6.00 g (0.15 mol) of sodium hydroxide (NaOH) were mixed with 25 ml of It was dissolved in distilled water and re-sorted.

이어서, 수용액을 0 ℃에서 격렬한 교반과 함께 혼합한 후, 100 mL의 시트르산 나트륨 용액(trisodiumcitrate) (0.5 M)을 혼합물에 천천히 첨가하였다. 이어서, 온도를 90 ℃로 올리고 1 시간 동안 유지시켰다. 투명한 용액은 약 75 ℃에서 점차 불투명해지며 이는 산화아연 나노시트 결정의 성장을 반영한다.Then, the aqueous solution was mixed with vigorous stirring at 0° C., and then 100 mL of sodium citrate solution (trisodiumcitrate) (0.5 M) was slowly added to the mixture. The temperature was then raised to 90 °C and held for 1 h. The clear solution gradually became opaque at about 75 °C, reflecting the growth of zinc oxide nanosheet crystals.

반응 후, 백색 분말을 진공 여과에 의해 사멸시키고, 증류수 및 메탄올로 수회 세척하고, 실온에서 1 일 동안 건조시켰다.After the reaction, the white powder was killed by vacuum filtration, washed several times with distilled water and methanol, and dried at room temperature for 1 day.

최종 생성된 ZnO nano sheet powder에서 Atomic percent는 Zn 46.15% O 53.85% 인 것으로 나타났다. In the finally produced ZnO nano sheet powder, the atomic percent was found to be Zn 46.15% O 53.85%.

<< 실시예Example 2> 산화아연 2> Zinc Oxide 나노시트(ZnO nanosheet)를ZnO nanosheet 이용한 used 그래핀graphene 센서 제조 sensor manufacturing

먼저, SiO2/Si 기판 상에 그래핀을 한국 등록특허 10-1957460의 도 3에 기재된 방법을 이용하여 기판 상에 그래핀 시트를 적층하였다. 구체적으로, graphene laboratories inc 사의 pristine graphene을 구매하여 산화아연을 도핑하여 적용하였다. (Single Layer CVD Graphene on 285 nm SiO2/silicon (p-doped) 1 cm Ⅹ 1 cm)First, a graphene sheet was laminated on a SiO 2 /Si substrate using the method described in FIG. 3 of Korean Patent Registration No. 10-1957460. Specifically, pristine graphene from graphene laboratories inc was purchased and applied by doping zinc oxide. (Single Layer CVD Graphene on 285 nm SiO 2 /silicon (p-doped) 1 cm X 1 cm)

이산화질소 가스센서 제조는 그래핀을 산화아연 나노시트로 스핀 코팅하였다. 준비된 산화아연 나노시트 용액을 그래핀 상에 도핑하는 것으로, 구체적으로 도 2와 같이 산화아연 분말 10 mg/ml(0.122 M) (Etanol) 용액의 20 μL 방울을 그래핀상에 스핀-코터(spincoater)에서 1 내지 7회 침지(drop)하며 1000 rpm의 속도로 300초간 코팅을 진행한다. 그런 다음 샘플을 100 ℃에서 30분 동안 오븐에서 가열하여 모든 휘발성 유기 오염 물질을 제거하고, 가열 후 준비된 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet)와 그래핀 복합체는 1 시간 동안 식힌 다음 플라스틱 프레임 워크에 장착하여 은 전극으로 연결한다.To manufacture the nitrogen dioxide gas sensor, graphene was spin-coated with zinc oxide nanosheets. Doping the prepared zinc oxide nanosheet solution onto graphene. Specifically, as shown in FIG. 2, 20 μL drops of 10 mg/ml (0.122 M) (Etanol) solution of zinc oxide powder were spin-coater on the graphene. The coating is carried out for 300 seconds at a speed of 1000 rpm while being immersed 1 to 7 times in a drop. Then, the sample was heated in an oven at 100 °C for 30 minutes to remove all volatile organic contaminants. After heating, the prepared zinc oxide nanosheet (ZnO nanosheet) and graphene composite were cooled for 1 hour and then mounted on a plastic framework. is connected to the electrode.

<< 실시예Example 3> 이산화질소(NO 3> Nitrogen dioxide (NO 22 ) 가스 검출 측정 장비) gas detection measuring equipment

도 3는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이산화질소 가스 검출 센서의 그래핀상의 개략적인 개념도이다. 단층의 그래핀을 형성하고, 상부에 산화아연 나노시트를 이용하여 도핑시키고 실버 패이스트를 접지하여 이산화질소 가스 검출 센서로 이용할 수 있다.3 is a schematic conceptual diagram of a graphene phase of a nitrogen dioxide gas detection sensor according to an embodiment of the present invention. It can be used as a nitrogen dioxide gas detection sensor by forming a single layer of graphene, doping the upper part using a zinc oxide nanosheet, and grounding the silver paste.

본 발명의 그래핀 센서는 설계 단순성과 높은 민감도로 인해 전기화학적 측정장치를 기반으로 개발되었다. 이것은 SiO2/Si 기판 위에 도핑된 원형의 그래핀 (graphene)으로 구성되어 있으며 두 개의 은 전극 사이의 갭을 연결하는 감지 재료 역할을 한다. The graphene sensor of the present invention was developed based on an electrochemical measuring device due to its design simplicity and high sensitivity. It consists of circular graphene doped on a SiO 2 /Si substrate and serves as a sensing material to bridge the gap between two silver electrodes.

도 4는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이산화질소 가스 검출 시스템의 전체적인 구성도이다. 4 is an overall configuration diagram of a nitrogen dioxide gas detection system according to an embodiment of the present invention.

이산화질소 가스(60)은 아르곤 개스를 혼합되어 이산화질소 가스의 유속은 질량 흐름 제어기(MFC)(50) 장비를 통해 농도 구배를 정할 수 있고, 챔버(20)에서 센서(10)와 반응하여 멀티미터(30) 장비의 저항값(restistance)이 측정되고, 이 측정된값은 PC(40)에서 표시하였다.The nitrogen dioxide gas 60 is mixed with argon gas so that the flow rate of the nitrogen dioxide gas can determine a concentration gradient through the mass flow controller (MFC) 50 equipment, and the sensor 10 in the chamber 20 reacts with the multimeter ( 30) The resistance value (resistance) of the equipment was measured, and the measured value was displayed on the PC (40).

총 기체 유속은 5 L/분으로 유지되었다. 이산화질소 가스 감지 실험에서 센서는 초기에 대기에 노출되어 기준 저항에 도달하고 안정화 한 후 대상 가스에 노출되고 측정하였고, 이후 가스 제거 및 빠른 복구(recovery)를 위해 가스 감지가 없을 경우 챔버를 오픈하였다.The total gas flow rate was maintained at 5 L/min. In the nitrogen dioxide gas detection experiment, the sensor was initially exposed to the atmosphere to reach the reference resistance and stabilized, then exposed to the target gas and measured. After that, the chamber was opened in the absence of gas detection for gas removal and rapid recovery.

전기화학적 측정 장치의 내재적 저항은 가스 분자의 농도에 비례하여 분석 가스에 노출됨으로써 조절될 수 있었다. 따라서 이산화질소의 농도는 상대 저항의 변화를 시간의 함수로 측정함으로써 정량화되었다. 상대 센서 반응성 (Response, R)은 하기 식 1과 같이 백분율로서 표현되었다:The intrinsic resistance of the electrochemical measuring device could be controlled by exposure to the analyte gas in proportion to the concentration of gas molecules. Thus, the concentration of nitrogen dioxide was quantified by measuring the change in relative resistance as a function of time. Relative sensor response (Response, R) was expressed as a percentage as in Equation 1:

[식 1][Equation 1]

R (%) = (Rr-Ri) / Ri × 100 %R(%) = (Rr-Ri) / Ri × 100%

여기서 Rr은 이산화질소 가스의 존재 하에서 측정 된 센서의 저항이고, Ri는 분석가스가 존재하지 않을 때의 초기 센서 저항이다.where Rr is the resistance of the sensor measured in the presence of nitrogen dioxide gas, and Ri is the initial sensor resistance in the absence of the analyte gas.

<< 실시예Example 4> 이산화질소 가스 센서 특성화 4> Nitrogen dioxide gas sensor characterization

이산화질소 가스 검출 센서 및 시스템에서 최적의 이산화질소 가스 검출을 위한 조건을 확립하기 위한 실험을 진행하였다.An experiment was conducted to establish conditions for optimal nitrogen dioxide gas detection in the nitrogen dioxide gas detection sensor and system.

도 5는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이산화질소 가스 검출 센서의 산화아연 나노시트의 도핑 양에 따른 반응성을 나타내는 그래프이다. 5 is a graph showing the reactivity according to the doping amount of the zinc oxide nanosheet of the nitrogen dioxide gas detection sensor according to an embodiment of the present invention.

도 5에서와 같이 실시예 1에서 제조된 산화아연(0.122 M) 나노시트의 양 20 μL을 1 내지 7회를 스핀코팅 한 후 센서의 반응성을 측정하였다. 도 5에서와 같이 5회 스핀코팅 된 센서가 반응성에서 1회 코팅에 비해 약 2.3배 우수함 알 수 있다.As shown in FIG. 5, 20 μL of the zinc oxide (0.122 M) nanosheet prepared in Example 1 was spin-coated 1 to 7 times, and then the reactivity of the sensor was measured. As shown in FIG. 5, it can be seen that the sensor coated with 5 times is about 2.3 times superior to the sensor coated with 1 time in reactivity.

도 6a-6d은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이산화질소 가스 검출센서에 있어서, 산화아연 나노시트로 도핑된 그래핀(6A-C) 사진과, Zetasizer로 측정한 산화아연 나노시트의 크기 분포도(6D)이다. 6A-6D are photographs of graphene (6A-C) doped with zinc oxide nanosheets in the nitrogen dioxide gas detection sensor according to an embodiment of the present invention, and a size distribution diagram (6D) of zinc oxide nanosheets measured with a Zetasizer; )am.

산화아연 나노시트는 완벽하게 평평하지는 않지만 본질적인 미세 구조 변화 및 평면 변형 (주름)을 나타낸다. 도 6(A, B)에서 보여지는 것처럼 그래핀 위에 도핑된 산화아연 나노시트의 평균 직경은 약 75 nm이었다. 이는 도 6(D)의 산화아연 나노 시트의 입자 분포와 일치함을 알 수 있다. 그러나, 산화아연 나노시트의 응집에 의한 나노시트의 크기는 400 nm 정도로 확인 할 수 있다. Zinc oxide nanosheets are not perfectly flat, but exhibit intrinsic microstructural changes and planar deformations (wrinkles). As shown in FIG. 6(A, B), the average diameter of the zinc oxide nanosheets doped on graphene was about 75 nm. It can be seen that this is consistent with the particle distribution of the zinc oxide nanosheets of FIG. 6(D). However, the size of the nanosheets due to the aggregation of the zinc oxide nanosheets can be confirmed to be about 400 nm.

도 6(C)의 HR-TEM 이미지는 ZnO와 그래핀 사이의 친밀한 접촉을 보여준다. 인접한 산화아연 나노시트 분자구조 배열 면간 거리(lattice distance)는 약 0.54 nm 및 0.276 nm이며, 이는 ZnO 섬유아연석형 구조(wurtzite structure)의 {001}, {100}과 {002} 평면의 거리 순서에 해당한다. 구체적으로, TEM 장비의 SAED (Selected Area Electron Diffraction) pattern은 선택된 영역 전자 차이 패턴으로 d-spacing을 계산할 수 있는 인덱스를 제시한다. 구체적으로, 명시야상(bright field)을 통하여 어느 부분을 관찰하고 있는지를 알 수 있으며, 관찰된 영역의 시편에서 분자들의 배향이 어떻게 이루어 졌는지 알 수 있고, 결정체가 밝을수록 입자라는 것을 확인할 수 있다. 이러한 장비로 관찰한 결과, 본 발명의 산화아연 나노시트의 구조는 단일 결정 판형구조라는 것을 확인할 수 있다. The HR-TEM image in Fig. 6(C) shows the intimate contact between ZnO and graphene. The lattice distances of the molecular structure arrangement of adjacent zinc oxide nanosheets are about 0.54 nm and 0.276 nm, which is in the order of the distances in the {001}, {100} and {002} planes of the ZnO wurtzite structure. corresponds to Specifically, the SAED (Selected Area Electron Diffraction) pattern of the TEM equipment suggests an index capable of calculating d-spacing with the selected area electron difference pattern. Specifically, it can be seen which part is being observed through a bright field, how the molecules are oriented in the specimen in the observed area, and the brighter the crystal, the more it can be confirmed that it is a particle. As a result of observation with such equipment, it can be confirmed that the structure of the zinc oxide nanosheet of the present invention is a single crystal plate-like structure.

이와 같은 친밀한 접촉은 ZnO와 그래핀 사이의 전자적 상호 작용을 가능하게 하며, 전하 분리 및 가스 검출 활성을 향상시키는 것으로 판단된다. Such intimate contact enables electronic interaction between ZnO and graphene, and is thought to enhance charge separation and gas detection activity.

도 7a-7c은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이산화질소 가스 검출 센서에 있어서, 초기 그래핀(a)과 산화아연 나노시트가 도핑 된 그래핀(b) 및 이의 G 밴드(7B)와 2D 밴드(7C)에서 진동수(frequency)와 피크의 크기(peak intensity) 변화를 보여주는 Raman 스펙트럼이다. 7a-7c are graphene (b) doped with initial graphene (a) and zinc oxide nanosheets, and G band (7B) and 2D band (7B) and 2D band ( 7C) is a Raman spectrum showing the change in frequency and peak intensity.

도 7에서처럼 라만(Raman) 분광법은 G와 2D 대역 모두 전하 캐리어 농도에 의해 강하게 영향을 받기 때문에 도핑 특성화를 위해 광범위하게 사용되었다. 따라서 그래핀에서 sp2 탄소 무질서(disorder)를 특성화하여 초기의 그래핀과 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet)로 도핑된 그래핀의 물리적 특성 변화에 중요한 정보를 제공하였다. As shown in Fig. 7, Raman spectroscopy has been widely used for doping characterization because both the G and 2D bands are strongly affected by the charge carrier concentration. Therefore, by characterizing the sp 2 carbon disorder in graphene, it provided important information on the physical property change of graphene doped with early graphene and zinc oxide nanosheets (ZnO nanosheets).

일반적으로, D 밴드(1350 nm- 1)에서는 그래핀상의 결점(defect)을 나타내고, D 밴드에서 피크가 형성되면 그래핀 표면에 결점이 증가하였음을 알수 있다. 그리고 2D 및 G 밴드 (I2D/IG)는 피크 강도 사이의 비율에 의해 그래핀의 성정에 따른 특성이 결정된다. 그래핀-ZnO 나노시트는 2D 밴드의 진동수 값이 상향(upshift)하고, I2D/IG 값이 1.40로 원형 그래핀의 1.59에 비해 감소함을 나타내는데, 이는 그래핀-ZnO 나노시트 복합체의 경우 다층의 성질을 갖고 있는데, 이는 산화아연 나노시트의 그래핀 도핑에 의한 것이다.In general, the D band (1350 nm - 1 ) indicates a defect on the graphene, and when a peak is formed in the D band, it can be seen that the defects on the graphene surface are increased. And the properties of the 2D and G bands (I 2D /I G ) are determined according to the growth of graphene by the ratio between the peak intensities. The graphene-ZnO nanosheet shows that the frequency value of the 2D band is upshifted and the I 2D /I G value is 1.40, which is decreased compared to 1.59 of the circular graphene, which is the case of the graphene-ZnO nanosheet composite. It has multi-layer properties, which is due to graphene doping of zinc oxide nanosheets.

도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 이산화질소 가스 검출 센서에 있어서, 원형의 그래핀(pristine graphene) (A)과 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet)로 도핑된 그래핀(B) 및 제조된 산화아연 나노시트(C)의 XRD 그래프이다. Figure 8 is in the nitrogen dioxide gas detection sensor according to an embodiment of the present invention, circular graphene (pristine graphene) (A) and zinc oxide nanosheet (ZnO nanosheet) doped graphene (B) and produced oxide It is an XRD graph of a zinc nanosheet (C).

도 8와 같이, 원형의 그래핀, ZnO 나노시트로 도핑된 그래핀, ZnO 나노분말에 대한 X-선 회절 패턴은 산란 각의 피크는 약 31.7°, 34.3°, 36.3°, 47.6°, 56.5°, 63.0°, 66.5°, 67.9°, 69.1°로 [100] [002], [101], [102], [110], [103], [200], [112] 및 [201]로 평면 ZnO (JCPDS No. 36-1451)로 확인 할 수 있다.As shown in FIG. 8, the X-ray diffraction patterns for circular graphene, graphene doped with ZnO nanosheets, and ZnO nanopowder show scattering angle peaks of about 31.7°, 34.3°, 36.3°, 47.6°, and 56.5°. , 63.0°, 66.5°, 67.9°, 69.1° to [100] [002], [101], [102], [110], [103], [200], [112] and [201] to planar ZnO (JCPDS No. 36-1451) can be confirmed.

프리스틴 그래핀의 회절도에서 약 2θ = 10.6°을 중심으로 하는 가장 집중적 인 강도 높은 피크 (001)는 그래핀 표면 상에 산소 운반기가 존재하기 때문이다. 이 피크는 산화아연 나노시트로 도핑된 그래핀에서는 상당히 감소되었다.In the diffraction diagram of pristine graphene, the most intense peak (001) centered at about 2θ = 10.6° is due to the presence of oxygen carriers on the graphene surface. This peak was significantly reduced in graphene doped with zinc oxide nanosheets.

<< 실시예Example 5> 이산화질소 가스 검출 센서 반응성, 재현성, 5> Nitrogen dioxide gas detection sensor responsiveness, reproducibility, 정량성quantitative , 선택성 검사, selectivity check

이산화질소 가스 농도의 함수로서 센서의 응답은 도 9(A)에서 보여주는 것처럼 100 ppm 농도에 따라 센서의 반응 재현성(reproducitility)(도 9(B)을 측정하였다. 초기에 가스 반응후 R값은 약 33.8%이었으며, 회복(recovery)후 2차 내지 4회의 R값은 각각 32.8%내지 30.50%이 나타났으며 이는 초기의 값에 90%~97%에 해당하며 표준편차는 3.5% 이내이다. 이는 반응 횟수, 반응시간에 관계없이 본 발명의 센서는 이산화질소에 대한 재현성이 매우 우수함을 확인 할 수 있다.The response of the sensor as a function of the nitrogen dioxide gas concentration was measured according to the 100 ppm concentration (Fig. 9(B)), as shown in Fig. 9(A). Initially, after the gas reaction, the R value was about 33.8. %, and the R values for the second to fourth times after recovery were 32.8% to 30.50%, respectively, which corresponded to 90% to 97% of the initial value, and the standard deviation was within 3.5%. , it can be confirmed that the sensor of the present invention has very good reproducibility for nitrogen dioxide regardless of the reaction time.

또한, 민감성 및 정량성은 도 10a-10b에서 확인할 수 있다. 이산화질소 가스 농도 0.5 내지 100 ppm에서 센서의 반응 정도를 측정하였는데 도 10(A)에서와 같이 각 농도에 따른 R값이 변화가 상관관계를 이루고 있으며, 이산화질소 가스의 농도 0.5 내지 10 ppm과 10 내지 100 ppm에서 각기 다른 민감성을 확인할 수 있다. 도 10(B)는 이를 정량그래프로 도식하였는데, 센서의 이산화질소에 대한 정량식은 0.5 내지 10 ppm에서 y = 0.1816x + 2.6512의 정량곡선을 나타내었으며, 상관관계 계수(r2)는 0.9888로 매우 높고, 10 내지 100 ppm 범위에서는 y = 0.2087x + 12.3019의 정량곡선을 나타내며, 상관관계 계수(r2)는 0.9915임을 알 수 있다.In addition, the sensitivity and quantification can be confirmed in FIGS. 10A-10B . The reaction degree of the sensor was measured at a nitrogen dioxide gas concentration of 0.5 to 100 ppm. As shown in FIG. 10(A), the change in R value according to each concentration is correlated, and the concentration of 0.5 to 10 ppm of nitrogen dioxide gas and 10 to 100 Different sensitivities can be seen in ppm. 10(B) is a quantitative graph of this, and the quantitative expression for nitrogen dioxide of the sensor showed a quantitative curve of y = 0.1816x + 2.6512 at 0.5 to 10 ppm, and the correlation coefficient (r 2 ) was very high as 0.9888. , shows a quantitative curve of y = 0.2087x + 12.3019 in the range of 10 to 100 ppm, and it can be seen that the correlation coefficient (r 2 ) is 0.9915.

또한, 센서의 이산화질소의 응답 측정시간이 감소하였는데, 0.5 ppm의 경우 ~ 125 초, 10 ppm의 경우 ~ 75 초, 100 ppm 경우 110초의 시간이 경과하였다. 이를 통해 이산화질소에 대한 본 발명의 센서는 반응성이 매우 우수하고, 실시간 모니터링이 가능한 우수한 센서임을 확인 할 수 있다.In addition, the response measurement time of the sensor to nitrogen dioxide decreased, and the time elapsed in the case of 0.5 ppm - 125 seconds, 10 ppm - 75 seconds, and 100 ppm - 110 seconds. Through this, it can be confirmed that the sensor of the present invention for nitrogen dioxide has very good reactivity and is an excellent sensor capable of real-time monitoring.

또한 본 발명 센서의 가스 선택성 여부에 대한 확인을 위해 다양한 가스에 대해 테스트 되었으며, 다양한 가스에 대한 반응성을 시험한 결과 이산화질소 가스에 탁월한 선택성을 보여주었다 (도 11). 예를 들어, 다양한 가스 농도 100 ppm의 센서 반응이 이산화질소 32.9%, 황산가스 2%, 황화수소 3%, 암모니아 2.5%, 디메틸설파이드 1.6%, 아세트알데히드 1.5%, 100% 질소와 산소에서 1.1%, 1.9%의 반응을 보였다. 이는 황화수소 가스 검출의 11.3배에 해당하는 민감도를 갖고 있다. 본 발명에서 개발된 그래핀 센서는 이산화질소 가스 정량화 과정을 다른 가스나 기체에 방해받지 않는다는 것을 나타낸다.In addition, in order to confirm the gas selectivity of the sensor of the present invention, it was tested for various gases, and as a result of testing the reactivity to various gases, it showed excellent selectivity to nitrogen dioxide gas (FIG. 11). For example, the sensor response for various gas concentrations of 100 ppm is 32.9% nitrogen dioxide, 2% sulfuric acid, 3% hydrogen sulfide, 2.5% ammonia, 1.6% dimethyl sulfide, 1.5% acetaldehyde, 1.1%, 1.9% for 100% nitrogen and oxygen. % of the response. It has a sensitivity equivalent to 11.3 times that of hydrogen sulfide gas detection. The graphene sensor developed in the present invention indicates that the nitrogen dioxide gas quantification process is not disturbed by other gases or gases.

그러므로 지금까지 전술한 실시 형태는 모든 면에서 예시적인 것으로서, 본 발명을 상기 실시 형태들에 한정하기 위한 것이 아님을 이해하여야만 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허 청구범위의 의미 및 범위 그리고 균등한 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are exemplary in all respects and are not intended to limit the present invention to the above-described embodiments, and the scope of the present invention is defined by the following claims rather than the above detailed description. All changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.

본 발명은 이산화질소 가스에 대한 감도와 선택성이 매우 높고, 검출한계가 0.5 ppm 이하이며, 병원, 의료시설, 의약품 제조 및 관련 산업, 화학물질 취급 산업 현장 등에서 실용적으로 널리 활용될 수 있다. The present invention has very high sensitivity and selectivity to nitrogen dioxide gas, has a detection limit of 0.5 ppm or less, and can be widely used practically in hospitals, medical facilities, pharmaceutical manufacturing and related industries, and chemical handling industries.

또한, 본 발명은 이산화질소 가스에 대한 반응시간이 매우 짧고, 상관계수 및 정량곡선이 우수하여 실시간 이산화질소 가스 검출에 매우 적합하고 정량화가 가능하다. In addition, the present invention has a very short reaction time to nitrogen dioxide gas and excellent correlation coefficient and quantitative curve, so it is very suitable for real-time nitrogen dioxide gas detection and quantification is possible.

10 이산화질소 가스 검출 센서
11 기판
12 그래핀 시트
13 산화아연 나노시트
14 그래핀 센서
20 챔버
30 멀티미터(검출장치)
40 제어 및 기록장치(PC)
50 유량 제어장치(MFC)
60 가스 공급장치
100 이산화질소 가스 검출 시스템
10 Nitrogen dioxide gas detection sensor
11 board
12 graphene sheet
13 Zinc Oxide Nanosheet
14 Graphene sensor
20 chamber
30 Multimeter (detector)
40 Control and Recorder (PC)
50 Flow Control (MFC)
60 gas supply
100 Nitrogen Dioxide Gas Detection System

Claims (15)

기판;
상기 기판 상부에 위치하는 그래핀 시트; 및
상기 그래핀 시트 상에 도핑된 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet); 를 포함하는, 이산화질소 가스 검출 센서.
Board;
a graphene sheet positioned on the substrate; and
a zinc oxide nanosheet doped on the graphene sheet; Including, a nitrogen dioxide gas detection sensor.
제1항에 있어서,
상기 그래핀 시트는 단층으로 이루어진 것인, 이산화질소 가스 검출 센서.
According to claim 1,
The graphene sheet is made of a single layer, nitrogen dioxide gas detection sensor.
제1항에 있어서,
상기 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet)는 단층, 또는 2 이상의 층으로 이루어진 것인, 이산화질소 가스 검출 센서.
According to claim 1,
The zinc oxide nanosheet (ZnO nanosheet) is made of a single layer, or two or more layers, the nitrogen dioxide gas detection sensor.
제1항에 있어서,
상기 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet)의 단일 입자의 평균 크기는 50 내지 90 nm인, 이산화질소 가스 검출 센서.
According to claim 1,
The average size of a single particle of the zinc oxide nanosheet (ZnO nanosheet) is 50 to 90 nm, nitrogen dioxide gas detection sensor.
제1항에 있어서,
상기 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet)의 단일 입자들이 응집된 경우의 평균 크기는 300 내지 500 nm인, 이산화질소 가스 검출 센서.
According to claim 1,
When the single particles of the zinc oxide nanosheet (ZnO nanosheet) are aggregated, the average size is 300 to 500 nm, a nitrogen dioxide gas detection sensor.
제1항에 있어서,
상기 도핑은 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet)를 상기 그래핀 시트 상에 4 내지 6 회 스핀코팅하여 수행되는 것인, 이산화질소 가스 검출 센서.
According to claim 1,
The doping is performed by spin-coating a zinc oxide nanosheet (ZnO nanosheet) on the graphene sheet 4 to 6 times, the nitrogen dioxide gas detection sensor.
제1항에 있어서,
상기 이산화질소 가스 검출 센서는 150초 이내에 이산화질소 가스를 검출하는, 이산화질소 가스 검출 센서.
According to claim 1,
The nitrogen dioxide gas detection sensor detects nitrogen dioxide gas within 150 seconds, a nitrogen dioxide gas detection sensor.
제1항에 있어서,
상기 이산화질소 가스 검출 센서는 20 내지 35 ℃에서 이산화질소 가스를 검출하는, 이산화질소 가스 검출 센서.
According to claim 1,
The nitrogen dioxide gas detection sensor detects nitrogen dioxide gas at 20 to 35 ℃, nitrogen dioxide gas detection sensor.
제1항에 있어서,
이산화질소 가스 검출 센서는 0.001 내지 1,000 ppm 에서 이산화질소 가스 검출이 가능한, 이산화질소 가스 검출 센서.
According to claim 1,
The nitrogen dioxide gas detection sensor is capable of detecting nitrogen dioxide gas at 0.001 to 1,000 ppm, a nitrogen dioxide gas detection sensor.
제1항에 있어서,
상기 이산화질소 가스 검출 센서는,
상기 그래핀 시트 양단에 연결되는 전극; 및
상기 이산화질소 가스 검출 센서를 구동하는 전원부;를 더 포함하는, 이산화질소 가스 검출 센서.
According to claim 1,
The nitrogen dioxide gas detection sensor,
electrodes connected to both ends of the graphene sheet; and
The nitrogen dioxide gas detection sensor further comprising; a power supply unit for driving the nitrogen dioxide gas detection sensor.
산화아연 나노시트(ZnO nanosheet)를 제조하는 단계; 및
그래핀 시트의 상부에 상기 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet)을 도핑하는 단계;를 포함하는, 이산화질소 가스 검출 센서 제조방법.
Preparing a zinc oxide nanosheet (ZnO nanosheet); and
Doping the zinc oxide nanosheet (ZnO nanosheet) on the upper portion of the graphene sheet; Containing, a nitrogen dioxide gas detection sensor manufacturing method.
제11항에 있어서,
상기 그래핀 시트의 상부에 상기 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet)을 도핑하는 단계는,
상기 그래핀 시트를 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet)를 포함하는 용액에 침지하고, 상기 혼합액을 900 내지 1100 rpm의 속도로 200 내지 400 초 동안 스핀코팅하여 수행되는 것인, 이산화질소 가스 검출 센서 제조방법.
12. The method of claim 11,
The step of doping the zinc oxide nanosheet (ZnO nanosheet) on the upper portion of the graphene sheet,
The method of manufacturing a nitrogen dioxide gas detection sensor, which is performed by immersing the graphene sheet in a solution containing zinc oxide nanosheets, and spin-coating the mixed solution at a speed of 900 to 1100 rpm for 200 to 400 seconds. .
제12항에 있어서,
상기 스핀코팅은 4 내지 6회 수행되는 것인, 이산화질소 가스 검출 센서 제조방법.
13. The method of claim 12,
The spin coating is performed 4 to 6 times, the nitrogen dioxide gas detection sensor manufacturing method.
제11항에 있어서,
상기 산화아연 나노시트(ZnO nanosheet)를 포함하는 용액의 농도는 20 μL 내지 140 μL인, 이산화질소 가스 검출 센서 제조방법.
12. The method of claim 11,
The concentration of the solution containing the zinc oxide nanosheet (ZnO nanosheet) is 20 μL to 140 μL, nitrogen dioxide gas detection sensor manufacturing method.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 이산화질소 가스 검출 센서;
챔버;
제어 및 기록 장치;
유량 제어 장치; 및
가스 공급 장치;를 포함하는, 이산화질소 가스 검출 시스템.
The nitrogen dioxide gas detection sensor according to any one of claims 1 to 10;
chamber;
control and recording devices;
flow control device; and
A gas supply device; including, a nitrogen dioxide gas detection system.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240000022A (en) 2022-06-22 2024-01-02 연세대학교 산학협력단 Au decorated titanium dioxide nano sheet and uses thereof

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990051484A (en) * 1997-12-19 1999-07-05 이구택 Nitrogen oxide analyzer
KR20180126228A (en) * 2017-05-17 2018-11-27 성균관대학교산학협력단 Schottky contact diode gas sensor using hybrid structure comprising metal oxide nanorods and reduced graphene oxides, and method of manufacturing thereof
KR102090489B1 (en) 2018-10-19 2020-03-18 한국과학기술연구원 Ammonia gas detecting sensor using graphene doped with copper oxide nanopaticles and ammonia gas detecting device comprising the same
KR20200066461A (en) * 2018-11-30 2020-06-10 한국생산기술연구원 Photoactive gas sensor and method for manufacturing the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990051484A (en) * 1997-12-19 1999-07-05 이구택 Nitrogen oxide analyzer
KR20180126228A (en) * 2017-05-17 2018-11-27 성균관대학교산학협력단 Schottky contact diode gas sensor using hybrid structure comprising metal oxide nanorods and reduced graphene oxides, and method of manufacturing thereof
KR102090489B1 (en) 2018-10-19 2020-03-18 한국과학기술연구원 Ammonia gas detecting sensor using graphene doped with copper oxide nanopaticles and ammonia gas detecting device comprising the same
KR20200066461A (en) * 2018-11-30 2020-06-10 한국생산기술연구원 Photoactive gas sensor and method for manufacturing the same

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Korea Institute of Industrial Technology. Development of graphene-metal oxide nano structure flexible substrate sensor for detecting nitrogen dioxide. 2018.10. UR-17-0046 *
Wenjing Yuan et al., Journal of Materials Chemistry, Vol. 1, 2013, pp.10078-10091.* *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240000022A (en) 2022-06-22 2024-01-02 연세대학교 산학협력단 Au decorated titanium dioxide nano sheet and uses thereof

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