KR20220115158A - Hydrogen sulfide gas sensor containing aluminum-doped tin oxide nanomaterials - Google Patents

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KR20220115158A KR1020210018759A KR20210018759A KR20220115158A KR 20220115158 A KR20220115158 A KR 20220115158A KR 1020210018759 A KR1020210018759 A KR 1020210018759A KR 20210018759 A KR20210018759 A KR 20210018759A KR 20220115158 A KR20220115158 A KR 20220115158A
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Abstract

The present invention relates to a metal oxide-based sensor doped for detecting hydrogen sulfide gas, and a manufacturing method thereof. Tin oxide nanomaterial is doped with aluminum to increase a specific surface area due to an effect of a nano-size to detect hydrogen sulfide gas at high sensitivity. Moreover, according to the present invention, the tin oxide nanomaterial doped with aluminum is applied to a gas sensor to have an excellent hydrogen oxide gas detection property in various humidity environments.

Description

알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질을 포함하는 황화수소 가스 센서{Hydrogen sulfide gas sensor containing aluminum-doped tin oxide nanomaterials}Hydrogen sulfide gas sensor containing aluminum-doped tin oxide nanomaterials

본 발명은 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질을 포함하는 황화수소 가스 센서, 이의 제조방법, 및 상기 가스 센서를 이용한 황화수소 가스 검출 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen sulfide gas sensor including a tin oxide nanomaterial doped with aluminum, a manufacturing method thereof, and a hydrogen sulfide gas detection method using the gas sensor.

가스 센서는 화학, 제약, 환경, 의료 등 광범위한 분야에서 사용되어 왔고 미래에 더욱 많은 연구가 될 것으로 예측되고 있다. 공기 중의 유해물질 및 오염물질을 실시간으로 검출하는 기술은 생활환경, 노동환경을 양호하게 유지하기 위해 필수불가결하다. 특히 산업계에서 널리 사용되고 있는 황이나 황산제조, 염료 및 화장품 제조의 산업공정에서 이황화물(Bisulfide)와 황화이온(Sulfide ion)에 의해 생성되는 황화수소(Hydrogen sulfide, H2S)는 고농도로 노출되었을 시 점막의 손상과 의식불명 또는 영구 뇌손상과 세포자멸(apoptosis), 혈관확장(vasodilatation) 같은 매우 심각한 증상을 유발 할 수 있으며, 미량에도 독성, 부식성, 인화성 및 폭발성이 강하기 때문에 황화수소(Hydrogen Sulfide) 가스를 검지하는 센서에 대한 필요성이 증가하고 있다. Gas sensors have been used in a wide range of fields such as chemistry, pharmaceuticals, environment, and medicine, and are expected to be studied more in the future. A technology that detects harmful substances and pollutants in the air in real time is indispensable to maintain a good living and working environment. In particular, hydrogen sulfide (H 2 S) generated by bisulfide and sulfide ions in the industrial process of manufacturing sulfur or sulfuric acid, which is widely used in the industry, and manufacturing dyes and cosmetics is exposed to high concentrations when exposed to high concentrations. It can cause very serious symptoms such as damage to the mucous membrane and unconsciousness or permanent brain damage, apoptosis, and vasodilatation. There is an increasing need for a sensor that detects

한편 금속산화물(ZnO, SnO2, WO3, TiO2 등) 중에서 밴드갭(band-gap)이 3.0-4.8 eV 사이의 값을 가지는 재료들은 반도체 특성을 가질 수 있다. 이러한 반도체 특성의 금속산화물의 표면에 외부의 가스(NOx, CO, H2, HC, SOx 등)가 흡착되면, 산화/환원 과정을 통해 금속산화물의 저항이 바뀌게 된다. 그 저항의 변화폭이 클수록 금속산화물을 포함하는 센서의 감지 특성(Sensitivity)이 향상된다. Meanwhile, materials having a band-gap of 3.0-4.8 eV among metal oxides (ZnO, SnO 2 , WO 3 , TiO 2 , etc.) may have semiconductor properties. When an external gas (NO x , CO, H 2 , HC, SO x , etc.) is adsorbed on the surface of the metal oxide having semiconductor characteristics, the resistance of the metal oxide is changed through the oxidation/reduction process. As the change range of the resistance increases, the sensing characteristic (Sensitivity) of the sensor including the metal oxide is improved.

이러한 특성을 향상시키기 위해 금속산화물의 그 표면적을 넓히거나 금속 나노물질을 표면에 부착하여 유해가스를 감지하도록 할 수 있으나, 재현성, 안정성, 센싱 성능 및 검출 한계의 향상에 대한 문제점이 있었다. In order to improve these properties, the surface area of the metal oxide can be increased or a metal nanomaterial can be attached to the surface to detect harmful gases, but there are problems in reproducibility, stability, sensing performance and detection limit improvement.

한국공개특허 제10-2014-0104784호Korean Patent Publication No. 10-2014-0104784 한국공개특허 제10-2016-0136811호Korean Patent Publication No. 10-2016-0136811 한국공개특허 제10-2017-0114192호Korean Patent Publication No. 10-2017-0114192 한국공개특허 제10-2017-0123850호Korean Patent Publication No. 10-2017-0123850 한국공개특허 제10-2018-0096050호Korean Patent Publication No. 10-2018-0096050 한국등록특허 제10-2051757호Korean Patent Registration No. 10-2051757

본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하는 것으로, 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질을 이용하여 다양한 습도 환경에서도 황화수소 가스 검출 능력이 우수한 가스 센서를 제공하는 데 있다. It is an object of the present invention to solve the problems of the prior art, and to provide a gas sensor having excellent hydrogen sulfide gas detection ability even in various humidity environments using aluminum-doped tin oxide nanomaterials.

본 발명의 또다른 목적은 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질을 포함하는 황화수소 가스 검출용 조성물을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a composition for detecting hydrogen sulfide gas comprising a tin oxide nanomaterial doped with aluminum.

본 발명의 또다른 목적은 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질을 포함하는 황화수소 가스 센서의 제조방법을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a hydrogen sulfide gas sensor including a tin oxide nanomaterial doped with aluminum.

본 발명의 또다른 목적은 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질을 포함하는 황화수소 가스 센서를 이용하여 황화수소 가스를 검출하는 방법을 제공하는 데 있다. Another object of the present invention is to provide a method for detecting hydrogen sulfide gas using a hydrogen sulfide gas sensor including a tin oxide nanomaterial doped with aluminum.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, In order to achieve the above object,

본 발명은 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질을 포함하는 황화수소 가스 센서를 제공한다.The present invention provides a hydrogen sulfide gas sensor comprising a tin oxide nanomaterial doped with aluminum.

또한, 본 발명은 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질을 포함하는 황화수소 가스 검출용 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a composition for detecting hydrogen sulfide gas comprising a tin oxide nanomaterial doped with aluminum.

또한, 본 발명은 Also, the present invention

기판 상에 전극을 배치시키는 단계; 및disposing an electrode on a substrate; and

상기 전극 상에 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질을 증착하여 센싱층을 형성하는 단계;를 포함하는, 황화수소 가스 센서의 제조방법을 제공한다.Depositing a tin oxide nanomaterial doped with aluminum on the electrode to form a sensing layer; provides a method of manufacturing a hydrogen sulfide gas sensor, including a.

아울러, 본 발명은 In addition, the present invention

황화수소가 포함된 것으로 의심되는 시료를, 제1항의 황화수소 가스 센서에 접촉시켜 반응시키는 단계; 및A step of reacting a sample suspected of containing hydrogen sulfide by contacting the hydrogen sulfide gas sensor of claim 1; and

상기 반응시킨 반응물의 형광 신호, 흡광 및 광학적 변화로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 지표를 측정하는 단계를 포함하는 황화수소 가스의 검출 방법을 제공한다.It provides a method for detecting hydrogen sulfide gas, comprising the step of measuring one or more indicators selected from the group consisting of a fluorescence signal, absorption, and optical change of the reacted reactant.

본 발명의 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질은 알루미늄이 도핑되어 나노사이즈의 효과로 인해 비표면적이 증가되어 고감도의 황화수소 가스 검출이 가능하다.The aluminum-doped tin oxide nanomaterial of the present invention is doped with aluminum, and the specific surface area is increased due to the effect of the nanosize, so that it is possible to detect hydrogen sulfide gas with high sensitivity.

또한, 본 발명의 가스 센서는 이와 같은 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질을 이용하여 다양한 습도 환경에서도 황화수소 가스 검출 능력이 우수하다.In addition, the gas sensor of the present invention is excellent in the ability to detect hydrogen sulfide gas even in a variety of humidity environments using such aluminum-doped tin oxide nanomaterials.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노물질의 SEM 이미지이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노물질의 TEM 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노물질의 XRD 분석 결과이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노물질의 TEM mapping 데이터이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노물질의 XPS 분석 결과이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노물질의 BET 분석 결과이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노물질의 UPS 분석 결과이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서의 황화수소 가스 센싱 특성 평가 결과이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서의 감응도, 감응 속도에 대한 데이터이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서의 선택적 감지 그래프이다.
1 is an SEM image of a nanomaterial according to an embodiment of the present invention.
2 is a TEM image of a nanomaterial according to an embodiment of the present invention.
3 is an XRD analysis result of a nanomaterial according to an embodiment of the present invention.
4 is TEM mapping data of a nanomaterial according to an embodiment of the present invention.
5 is an XPS analysis result of a nanomaterial according to an embodiment of the present invention.
6 is a BET analysis result of a nanomaterial according to an embodiment of the present invention.
7 is a UPS analysis result of a nanomaterial according to an embodiment of the present invention.
8 is an evaluation result of hydrogen sulfide gas sensing characteristics of the gas sensor according to an embodiment of the present invention.
9 is data on the sensitivity and the sensitivity of the gas sensor according to an embodiment of the present invention.
10 is a selective detection graph of a gas sensor according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 상세한 설명은 생략할 수 있다.Hereinafter, the present invention will be described in detail. In describing the present invention, detailed descriptions of related known configurations or functions may be omitted.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.The terms or words used in the present specification and claims are not limited and interpreted in a conventional or dictionary meaning, but should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical matters of the present invention.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.The embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are preferred embodiments of the present invention, and do not represent all of the technical spirit of the present invention, so various equivalents and modifications that can be substituted for them at the time of the present application are provided. there may be

본 발명은 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질을 포함하는 황화수소 가스 센서를 제공한다.The present invention provides a hydrogen sulfide gas sensor comprising a tin oxide nanomaterial doped with aluminum.

상기 황화수소 가스 센서는The hydrogen sulfide gas sensor

기판;Board;

상기 기판 상에 배치된 전극; 및an electrode disposed on the substrate; and

상기 전극 상에 형성된 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질을 포함하는 센싱층;을 포함할 수 있다.and a sensing layer including a tin oxide nanomaterial doped with aluminum formed on the electrode.

상기 황화수소 가스 센서는 기판에 전극과 센싱층을 형성하여 제조할 수 있고, 또는 기판에 전극을 배치한 후 전극 상에 센싱층을 형성하여 제조할 수도 있으며, 기판에 센싱층을 형성한 후, 센싱층 상에 전극을 배치하여 형성할 수도 있다.The hydrogen sulfide gas sensor may be manufactured by forming an electrode and a sensing layer on a substrate, or may be manufactured by disposing an electrode on a substrate and then forming a sensing layer on the electrode, and after forming a sensing layer on the substrate, sensing It can also be formed by disposing an electrode on the layer.

상기 기판은 세라믹 기판, 알루미나(Al2O3)기판, 절연층이 증착된 실리콘(Si) 기판, 실리콘옥사이드(SiO2) 기판 등을 사용할 수 있다.The substrate may be a ceramic substrate, an alumina (Al 2 O 3 ) substrate, a silicon (Si) substrate on which an insulating layer is deposited, a silicon oxide (SiO 2 ) substrate, or the like.

상기 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질은 3 내지 30nm의 크기를 가질 수 있다.The aluminum-doped tin oxide nanomaterial may have a size of 3 to 30 nm.

상기 나노물질의 크기가 3nm 미만일 경우 응집현상으로 분산도가 떨어지는 등의 문제가 발생할 수 있고, 30nm를 초과하는 경우에는 표면적의 저하를 야기시킬 수 있는 등의 문제가 발생할 수 있다. 따라서 가스 센서의 센싱 특성을 저하시킬 수 있다. When the size of the nanomaterial is less than 3 nm, problems such as a drop in dispersion due to aggregation may occur, and when the size of the nanomaterial exceeds 30 nm, problems such as a decrease in surface area may occur. Accordingly, the sensing characteristic of the gas sensor may be deteriorated.

상기 센싱층은 전극 상에 라인 패턴, 격자 형상, 굴곡진 형상, 원기둥 형상, 사각 기둥 형상, 역원뿔 형상, 직육면체 형상, 팽이 형상, 컵 형상 및 ㄷ자 형상으로 이루어진 군에서 선택되는 형상일 수 있다.The sensing layer may have a shape selected from the group consisting of a line pattern, a lattice shape, a curved shape, a cylindrical shape, a square pillar shape, an inverted cone shape, a rectangular parallelepiped shape, a top shape, a cup shape, and a U shape on the electrode.

상기 센싱층은 전극 상에 화학기상증착법(CVD), 원자층 증착법(atomic layer deposition), 스퍼터링법(sputterring), 레이저어블레이션법(laser ablation), 플라즈마증착법, 열화학 기상증착법 및 스프레이 코팅으로 이루어진 군에서 선택되는 방법으로 증착되어 형성될 수 있다.The sensing layer is chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition, sputtering, laser ablation, plasma deposition, thermochemical vapor deposition, and spray coating on the electrode group consisting of It can be formed by deposition by a method selected from.

상기 전극으로는 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag), 니켈(Ni), 구리(Cu), 티타늄(Ti) 등을 단독으로 또는 복합층으로 구성하여 사용할 수 있다.As the electrode, platinum (Pt), gold (Au), silver (Ag), nickel (Ni), copper (Cu), titanium (Ti), or the like may be used alone or as a composite layer.

상기 전극은 기판 상에 제1 전극 및 제2 전극이 서로 이격되어 배치될 수 있으며, 제1 전극 및 제2 전극이 서로 이격되어 센싱층을 노출시키는 부분이 실질적으로 황화수소 센서에서의 센싱 영역(sensing area)이 된다.The electrode may be disposed on the substrate with a first electrode and a second electrode spaced apart from each other, and a portion where the first electrode and the second electrode are spaced apart from each other to expose the sensing layer is substantially a sensing region in the hydrogen sulfide sensor. area).

또한, 본 발명은 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질을 포함하는 황화수소 가스 검출용 조성물을 제공한다.In addition, the present invention provides a composition for detecting hydrogen sulfide gas comprising a tin oxide nanomaterial doped with aluminum.

상기 조성물은 반응물의 검출물질 또는 검출장비를 더 포함하여 황화수소 가스 검출 키트를 구성할 수 있다.The composition may constitute a hydrogen sulfide gas detection kit by further including a detection material or detection device of the reactant.

또한, 본 발명은 Also, the present invention

기판 상에 전극을 배치시키는 단계; 및disposing an electrode on a substrate; and

상기 전극 상에 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질을 증착하여 센싱층을 형성하는 단계;를 포함하는, 황화수소 가스 센서의 제조방법을 제공한다.Depositing a tin oxide nanomaterial doped with aluminum on the electrode to form a sensing layer; provides a method of manufacturing a hydrogen sulfide gas sensor, including a.

상기 제조방법에 있어서,In the manufacturing method,

상기 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질은The aluminum-doped tin oxide nanomaterial is

(a) 주석 클로라이드 오수화물(SnCl4-5H2O, Tin chloride pentahydrate), 질산알루미늄(Al(NO3)3, aluminum nitrate) 및 용매를 혼합하여 용액을 제조하는 단계;(a) preparing a solution by mixing tin chloride pentahydrate (SnCl 4 -5H 2 O, Tin chloride pentahydrate), aluminum nitrate (Al(NO 3 ) 3 , aluminum nitrate) and a solvent;

(b) 상기 단계 (a)의 용액에 암모니아를 첨가하는 단계;(b) adding ammonia to the solution of step (a);

(c) 상기 단계 (b)의 용액을 수열합성하는 단계;(c) hydrothermal synthesis of the solution of step (b);

(d) 상기 단계 (c)의 용액을 여과한 후 건조하여 분말을 제조하는 단계;(d) filtering the solution of step (c) and drying the solution to prepare a powder;

(e) 상기 단계 (d)의 분말을 1차 하소하는 단계; 및(e) first calcining the powder of step (d); and

(f) 상기 단계 (e)의 물질을 2차 하소하는 단계;를 포함하는 방법으로 제조될 수 있다.(f) secondary calcination of the material of step (e); may be prepared by a method comprising.

이때, 상기 용매는 물, 에탄올 또는 이들의 혼합물 등을 포함할 수 있다.In this case, the solvent may include water, ethanol, or a mixture thereof.

상기 암모니아는 용액의 pH가 5가 될 때까지 첨가하는 것이 바람직하다.The ammonia is preferably added until the pH of the solution becomes 5.

상기 수열 합성은 온도 150 내지 250℃, 압력 250 내지 1,200atm 및 시간 10 내지 48시간 동안 수행될 수 있다.The hydrothermal synthesis may be performed at a temperature of 150 to 250° C., a pressure of 250 to 1,200 atm, and a time of 10 to 48 hours.

상기 1차 및 2차 하소는 각각 300 내지 800℃에서 1 내지 8시간 동안 진행될 수 있다.The first and second calcinations may be performed at 300 to 800° C. for 1 to 8 hours, respectively.

상기 1차 및 2차 하소는 박스 퍼니스(Box furnace)에서 진행될 수 있다.The first and second calcinations may be performed in a box furnace.

상기 기판은 세라믹 기판, 알루미나(Al2O3)기판, 절연층이 증착된 실리콘(Si) 기판, 실리콘옥사이드(SiO2) 기판 등을 사용할 수 있다.The substrate may be a ceramic substrate, an alumina (Al 2 O 3 ) substrate, a silicon (Si) substrate on which an insulating layer is deposited, a silicon oxide (SiO 2 ) substrate, or the like.

상기 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질은 3 내지 30nm의 크기를 가질 수 있다.The aluminum-doped tin oxide nanomaterial may have a size of 3 to 30 nm.

상기 센싱층은 전극 상에 라인 패턴, 격자 형상, 굴곡진 형상, 원기둥 형상, 사각 기둥 형상, 역원뿔 형상, 직육면체 형상, 팽이 형상, 컵 형상 및 ㄷ자 형상으로 이루어진 군에서 선택되는 형상로 제조될 수 있다.The sensing layer may be manufactured in a shape selected from the group consisting of a line pattern, a grid shape, a curved shape, a cylindrical shape, a square pillar shape, an inverted cone shape, a rectangular parallelepiped shape, a top shape, a cup shape, and a U shape on the electrode. have.

상기 센싱층은 전극 상에 화학기상증착법(CVD), 원자층 증착법(atomic layer deposition), 스퍼터링법(sputterring), 레이저어블레이션법(laser ablation), 플라즈마증착법, 열화학 기상증착법 및 스프레이 코팅으로 이루어진 군에서 선택되는 방법으로 증착되어 형성될 수 있다.The sensing layer is chemical vapor deposition (CVD), atomic layer deposition, sputtering, laser ablation, plasma deposition, thermochemical vapor deposition, and spray coating on the electrode group consisting of It can be formed by deposition by a method selected from.

상기 전극은 기판 상에 제1 전극 및 제2 전극이 서로 이격되어 배치될 수 있다.The electrode may be disposed on a substrate with a first electrode and a second electrode spaced apart from each other.

아울러, 본 발명은 In addition, the present invention

황화수소가 포함된 것으로 의심되는 시료를, 제1항의 황화수소 가스 센서에 접촉시켜 반응시키는 단계; 및A step of reacting a sample suspected of containing hydrogen sulfide by contacting the hydrogen sulfide gas sensor of claim 1; and

상기 반응시킨 반응물의 형광 신호, 흡광 및 광학적 변화로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 지표를 측정하는 단계를 포함하는 황화수소 가스의 검출 방법을 제공한다.It provides a method for detecting hydrogen sulfide gas, comprising the step of measuring one or more indicators selected from the group consisting of a fluorescence signal, absorption, and optical change of the reacted reactant.

상기 검출 방법에 있어서,In the detection method,

상기 지표는 시료 내 황화수소 존재시 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질이 황화수소가 결합을 통해 얻어진 이합체에 의해 발생될 수 있다.The indicator may be generated by a dimer obtained through hydrogen sulfide bonding of aluminum-doped tin oxide nanomaterials in the presence of hydrogen sulfide in the sample.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. These examples are only for illustrating the present invention in more detail, and it is obvious to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples according to the gist of the present invention. .

실시예 1 산화주석 나노물질의 합성(pristine SnOExample 1 Synthesis of tin oxide nanomaterials (pristine SnO 22 ))

80ml의 DI water에 4.2072g의 SnCl4-5H2O를 첨가하여 상온에서 스터러를 이용하여 섞어주었다. 4.2072 g of SnCl 4 -5H 2 O was added to 80 ml of DI water and mixed at room temperature using a stirrer.

이 용액에 암모니아를 자기교반(magnetic stirring) 하에서 pH가 5가 될 때까지 첨가하였다. 그 후 오토클레이브(autoclave)에 용액을 옮긴 뒤, 오븐 내에서 160℃, 12시간 동안 수열합성을 진행하였다. 이후 여과기를 이용해 분말을 걸러낸 뒤 120℃, 12시간 동안 건조를 진행하였다. Ammonia was added to this solution under magnetic stirring until the pH reached 5. After transferring the solution to an autoclave, hydrothermal synthesis was performed in an oven at 160° C. for 12 hours. After filtering the powder using a filter, drying was performed at 120° C. for 12 hours.

이후 박스 퍼니스에서 600℃에서 2시간 동안 하소를 진행한 뒤, 튜브 퍼니스에서 600℃에서 2시간 동안 다시 하소를 진행하여 나노물질을 제조하였다. Thereafter, the nanomaterial was prepared by calcining in a box furnace at 600°C for 2 hours, and then calcining in a tube furnace at 600°C for 2 hours.

실시예 2 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질의 합성(SnOExample 2 Synthesis of aluminum-doped tin oxide nanomaterials (SnO 22 -Al (1:0.16))-Al (1:0.16))

80ml의 DI water에 4.2072g의 SnCl4-5H2O를 첨가하여 상온에서 스터러를 이용하여 섞어주었다. 그리고 Al(NO3)3를 2.11 mol을 첨가하여 용액을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질을 제조하였다. 4.2072 g of SnCl 4 -5H 2 O was added to 80 ml of DI water and mixed at room temperature using a stirrer. And Al(NO 3 ) 3 A tin oxide nanomaterial doped with aluminum was prepared in the same manner as in Example 1, except that a solution was prepared by adding 2.11 mol.

실시예 3 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질의 합성(SnOExample 3 Synthesis of aluminum-doped tin oxide nanomaterials (SnO 22 -Al (1:0.33))-Al (1:0.33))

80ml의 DI water에 4.2072g의 SnCl4-5H2O를 첨가하여 상온에서 스터러를 이용하여 섞어주었다. 그리고 Al(NO3)3를 4.22 mol을 첨가하여 용액을 제조한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질을 제조하였다. 4.2072 g of SnCl 4 -5H 2 O was added to 80 ml of DI water and mixed at room temperature using a stirrer. And aluminum-doped tin oxide nanomaterials were prepared in the same manner as in Example 1, except that 4.22 mol of Al(NO 3 ) 3 was added to prepare a solution.

실시예 4 황화수소 가스 센서(pristine SnOExample 4 Hydrogen sulfide gas sensor (pristine SnO 22 ))

Al2O3 기판 위에 DC 스퍼터를 이용하여 Au interdigitated electrodes 전극을 증착하였다. 상기 전극은 80mA로 12분 동안 증착하였고, 최종 두께는 300nm였다. Au interdigitated electrodes were deposited on the Al 2 O 3 substrate by DC sputtering. The electrode was deposited at 80 mA for 12 minutes, and the final thickness was 300 nm.

상기 전극 상에 실시예 1에 따라 제조된 나노물질을 스프레이 코팅하여 황화수소 가스 센서를 제조하였다.A hydrogen sulfide gas sensor was prepared by spray-coating the nanomaterial prepared according to Example 1 on the electrode.

실시예 5 황화수소 가스 센서(SnOExample 5 Hydrogen sulfide gas sensor (SnO 22 -Al (1:0.16)) -Al (1:0.16))

실시예 1에 따라 제조된 나노물질 대신에 실시예 2에 따라 제조된 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질을 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 황화수소 가스 센서를 제조하였다. A hydrogen sulfide gas sensor was manufactured in the same manner as in Example 4 except that the aluminum-doped tin oxide nanomaterial prepared according to Example 2 was used instead of the nanomaterial prepared according to Example 1.

실시예 6 황화수소 가스 센서(SnOExample 6 Hydrogen sulfide gas sensor (SnO 22 -Al (1:0.33))-Al (1:0.33))

실시예 1에 따라 제조된 나노물질 대신에 실시예 3에 따라 제조된 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질을 사용한 것을 제외하고는 실시예 4와 동일한 방법으로 황화수소 가스 센서를 제조하였다. A hydrogen sulfide gas sensor was manufactured in the same manner as in Example 4, except that the aluminum-doped tin oxide nanomaterial prepared according to Example 3 was used instead of the nanomaterial prepared according to Example 1.

실험예 1 재료분석(물질 형상 확인)Experimental Example 1 Material analysis (check material shape)

Scanning Electron Microscopy (SEM, JEOL-7800F, JEOL Ltd), transmission electron microscope (TEM, Talos F200X, FEI)을 이용하여 실시예 1 내지 3로부터 합성된 나노물질의 형상을 확인하였다. The shapes of the nanomaterials synthesized in Examples 1 to 3 were confirmed using Scanning Electron Microscopy (SEM, JEOL-7800F, JEOL Ltd) and a transmission electron microscope (TEM, Talos F200X, FEI).

도 1을 참고하면, 먼저 도 1의 (1a)는 실시예 1로부터 합성된 나노물질(pristine SnO2), 도 1의 (1b)는 실시예 2로부터 합성된 나노물질(SnO2-Al (1:0.16)), 도 1의 (1c)는 실시예 3으로부터 합성된 나노물질(SnO2-Al (1:0.33))의 SEM 이미지를 나타낸 것이다. Referring to FIG. 1, first, (1a) of FIG. 1 is a nanomaterial synthesized from Example 1 (pristine SnO 2 ), and (1b) of FIG. 1 is a nanomaterial synthesized from Example 2 (SnO 2 -Al (1) :0.16)), (1c) of FIG. 1 shows an SEM image of the nanomaterial (SnO 2 -Al (1:0.33)) synthesized from Example 3.

실시예 1 내지 3으로부터 합성된 나노물질 모두 매우 균질한 나노파티클의 형성을 확인할 수 있었고, 나노사이즈 효과로 인해 응집현상이 일어난 것을 확인할 수 있었다. All of the nanomaterials synthesized in Examples 1 to 3 were confirmed to form very homogeneous nanoparticles, and it was confirmed that aggregation occurred due to the nanosize effect.

더 자세한 형상을 확인하기 위해 TEM 분석을 진행하였으며, 도 2를 참고하면, 먼저 도 2의 (2a)는 실시예 1로부터 합성된 나노물질(pristine SnO2), 도 2의 (2b)는 실시예 2로부터 합성된 나노물질(SnO2-Al (1:0.16)), 도 2의 (2c)는 실시예 3으로부터 합성된 나노물질(SnO2-Al (1:0.33))의 TEM 이미지를 나타낸 것이다. TEM analysis was performed to confirm a more detailed shape. Referring to FIG. 2 , first, (2a) of FIG. 2 is a nanomaterial synthesized from Example 1 (pristine SnO 2 ), and (2b) of FIG. 2 is an Example The nanomaterial synthesized from 2 (SnO 2 -Al (1:0.16)), (2c) of FIG. 2 shows a TEM image of the nanomaterial synthesized from Example 3 (SnO 2 -Al (1:0.33)) .

실시예 1 내지 3으로부터 합성된 나노물질 모두 5 내지 20nm의 매우 작은 나노사이즈를 갖고 있는 것을 확인하였고, 도핑이 진행될수록 나노파티클의 사이즈가 작아지는 것을 확인할 수 있었다. It was confirmed that all of the nanomaterials synthesized in Examples 1 to 3 had a very small nanosize of 5 to 20 nm, and it was confirmed that the size of the nanoparticles decreased as doping progressed.

실험예 2 재료분석(화학적 조성 확인)Experimental Example 2 Material analysis (chemical composition confirmation)

TEM 분석장비에 속해있는 Energy dispersive X-ray spectroscope (EDS, Talos F200X, FEI) 과 high angle annular dark field scanning transmission electron microscope (HAADF-STEM)을 이용하여 실시예 2 및 3으로부터 합성된 나노물질의 화학적 조성을 확인하였다. Chemicals of nanomaterials synthesized from Examples 2 and 3 using Energy dispersive X-ray spectroscope (EDS, Talos F200X, FEI) and high angle annular dark field scanning transmission electron microscope (HAADF-STEM) belonging to TEM analysis equipment The composition was confirmed.

도 4를 참고하면, 먼저 도 4의 (a-e)는 실시예 2로부터 합성된 나노물질(SnO2-Al (1:0.16)), 도 4의 (f-j)는 실시예 3으로부터 합성된 나노물질(SnO2-Al (1:0.33))의 TEM mapping 결과를 나타낸 것이다. Referring to Figure 4, first (ae) of Figure 4 is a nanomaterial synthesized from Example 2 (SnO 2 -Al (1:0.16)), Figure 4 (fj) is a nanomaterial synthesized from Example 3 ( The TEM mapping result of SnO 2 -Al (1:0.33)) is shown.

실시예 2 및 3으로부터 합성된 나노물질 모두 Sn, O, Al 원소가 확인되었으며, Al 구성은 각각 실시예 2로부터 합성된 나노물질(SnO2-Al (1:0.16))이 2.82 at%, 실시예 3으로부터 합성된 나노물질(SnO2-Al (1:0.33))이 3,89 at%로 확인되었다. All of the nanomaterials synthesized from Examples 2 and 3 were confirmed to have Sn, O, and Al elements, and the Al composition was 2.82 at% of the nanomaterial synthesized from Example 2 (SnO 2 -Al (1:0.16)), respectively. The nanomaterial synthesized from Example 3 (SnO 2 -Al (1:0.33)) was confirmed to be 3,89 at%.

실험예 3 재료분석(chemical states 확인)Experimental Example 3 Material analysis (chemical states check)

X-ray photo-electron spectroscopy (XPS, Thermo Fisher Scientific Co.)를 이용하여 실시예 1 내지 3로부터 합성된 나노물질의 chemical states를 확인하였다. Chemical states of the nanomaterials synthesized in Examples 1 to 3 were confirmed using X-ray photo-electron spectroscopy (XPS, Thermo Fisher Scientific Co.).

도 5를 참고하면, 먼저 도 5a는 실시예 1 내지 3으로부터 합성된 나노물질의 XPS surveys 결과를 나타낸 것이다. 실시예 1 내지 3으로부터 합성된 나노물질 모두 Sn, O 원소가 관찰되었으며, 실시예 2 및 3으로부터 합성된 나노물질(SnO2-Al (1:0.16), SnO2-Al (1:0.33))들은 Al 원소가 추가로 관찰되었다. Referring to FIG. 5, first, FIG. 5a shows the results of XPS surveys of nanomaterials synthesized from Examples 1 to 3. All of the nanomaterials synthesized from Examples 1 to 3 had Sn and O elements, and the nanomaterials synthesized from Examples 2 and 3 (SnO 2 -Al (1:0.16), SnO 2 -Al (1:0.33)) Al elements were additionally observed.

도 5b는 실시예 1 내지 3으로부터 합성된 나노물질의 Al 2p 영역의 화학적 상태를 나타낸 것이다. 실시예 1로부터 합성된 나노물질(pristine SnO2)에서는 Al 관련 픽이 없는 것을 확인하였고, 실시예 2로부터 합성된 나노물질(SnO2-Al (1:0.16))에서는 73.8 eV, 실시예 3으로부터 합성된 나노물질(SnO2-Al (1:0.33))에서는 73.8 내지 74 eV의 더 넓은 Al 관련 픽이 확인되었다. 이는 XRD 결과와 마찬가지로 Al의 농도가 짙어지면서 Al 도핑양이 늘어남에 따라 Al2O3가 생성되었기 때문으로 판단된다. Figure 5b shows the chemical state of the Al 2p region of the nanomaterial synthesized from Examples 1 to 3; In the nanomaterial synthesized from Example 1 (pristine SnO 2 ), it was confirmed that there was no Al-related pick, and in the nanomaterial synthesized from Example 2 (SnO 2 -Al (1:0.16)) 73.8 eV, from Example 3 In the synthesized nanomaterial (SnO 2 -Al (1:0.33)), a broader Al-related peak of 73.8 to 74 eV was confirmed. This is considered to be because Al 2 O 3 was generated as the Al doping amount increased as the Al concentration increased, as in the XRD result.

도 5c는 실시예 1 내지 3으로부터 합성된 나노물질의 O1s 영역을 나타낸 것이다. 실시예 1로부터 합성된 나노물질(pristine SnO2)은 530 eV에서 픽이 관찰되었는데, 도핑이 진행되면 529.6 eV로 픽이 관찰되었다. 이는 도핑이 진행되면 격자 내에 결함이 생성되어 많은 oxygen species가 물질의 표면에 형성되었기 때문에 이런 형상이 나타난 것으로 판단된다. Figure 5c shows the O1s region of the nanomaterial synthesized from Examples 1 to 3. The nanomaterial synthesized from Example 1 (pristine SnO 2 ) was observed to pick at 530 eV, and when doping proceeded, a pick was observed at 529.6 eV. It is considered that this shape appears because, when doping proceeds, defects are created in the lattice and many oxygen species are formed on the surface of the material.

실험예 4 재료분석(결정구조 확인)Experimental Example 4 Material analysis (confirmation of crystal structure)

X-ray diffraction (XRD, SmartLab, Rigaku) with Cu Kα radiation (λ=1.5418 Å를 이용하여 실시예 1 내지 3로부터 합성된 나노물질의 결정구조를 확인하였다. The crystal structures of the nanomaterials synthesized from Examples 1 to 3 were confirmed using X-ray diffraction (XRD, SmartLab, Rigaku) with Cu Kα radiation (λ=1.5418 Å).

도 3을 참고하면, 먼저 도 3의 (3a)에서는 실시예 1 내지 3으로부터 합성된 나노물질 모두 JCPDS card No. 41-1445 와 대조했을 때 모두 SnO2 결정구조를 갖는 것을 확인하였다. 또한, 도핑이 진행될수록 픽이 넓어지는 경향을 확인하였다. 이는 알루미늄 원소가 산화주석 결정 구조에 침입하여 도핑 가능성이 있는 것으로 확인되었다. Referring to FIG. 3 , first, in FIG. 3 ( 3a ), all of the nanomaterials synthesized in Examples 1 to 3 were JCPDS card No. When compared to 41-1445, it was confirmed that all SnO 2 had a crystal structure. In addition, as doping progressed, the tendency of the pick to widen was confirmed. It was confirmed that the aluminum element penetrated into the tin oxide crystal structure and there was a possibility of doping.

또한 도 3의 (3b) 및 (3c)에서 매우 미세하게 산화알루미늄 픽이 있는 것을 확인하였다. Al의 농도가 짙어짐에 따라 Al와 O가 결합된 Al2O3가 매우 미세하게 관찰된 것을 알 수 있었다.In addition, it was confirmed that there is a very fine aluminum oxide pick in (3b) and (3c) of FIG. As the concentration of Al increased, it was found that Al 2 O 3 in which Al and O were combined was observed very finely.

실험예 5 재료분석(밴드구조 확인)Experimental Example 5 Material analysis (check the band structure)

Ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS, Thermo Fisher Scientific Co.)를 이용하여 일함수 (work function)을 확인하여 실시예 1 내지 3로부터 합성된 나노물질의 밴드구조를 확인하였다. The band structure of the nanomaterial synthesized in Examples 1 to 3 was confirmed by confirming the work function using ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS, Thermo Fisher Scientific Co.).

도 7을 참고하면 일함수는 각각 실시예 1로부터 합성된 나노물질(pristine SnO2)이 4.3, 실시예 2로부터 합성된 나노물질(SnO2-Al (1:0.16))이 4.6, 실시예 3으로부터 합성된 나노물질(SnO2-Al (1:0.33))이 4.9를 나타내었다. 이는 SnO2의 격자 내에 Al이 침투하여 각기 다른 일함수를 갖는 것으로 판단된다.Referring to FIG. 7 , the work function of the nanomaterial synthesized from Example 1 (pristine SnO 2 ) is 4.3, the nanomaterial synthesized from Example 2 (SnO 2 -Al (1:0.16)) is 4.6, Example 3 The nanomaterial synthesized from (SnO 2 -Al (1:0.33)) showed 4.9. It is determined that Al penetrates into the SnO 2 lattice and has different work functions.

실험예 6 재료분석(비표면적 확인)Experimental Example 6 Material analysis (specific surface area confirmation)

Brunauer-Emmett-Teller analysis (BET, TriStar II 3020, Micrometrics Instrument Corporation)를 이용하여 실시예 1 내지 3로부터 합성된 나노물질의 H2S 가스에 대한 흡착정도를 확인하여 비표면적을 확인하였다.By using Brunauer-Emmett-Teller analysis (BET, TriStar II 3020, Micrometrics Instrument Corporation), the degree of adsorption of the nanomaterials synthesized from Examples 1 to 3 to H 2 S gas was confirmed to determine the specific surface area.

도 6을 참고하면, 비표면적은 각각 실시예 1로부터 합성된 나노물질(pristine SnO2)이 22.082, 실시예 2로부터 합성된 나노물질(SnO2-Al (1:0.16))이 28.439, 실시예 3으로부터 합성된 나노물질(SnO2-Al (1:0.33))이 78.087을 나타내었다. 이는 SEM, TEM에서 확인했듯이, 도핑이 진행될수록 나노파티클의 사이즈가 감소함에 따라 나노사이즈 효과로 인해 비표면적이 증가한 것으로 판단된다. 또한, XRD, XPS를 통하여 도핑이 진행되면서 결정 결함이 생성되어 H2S 가스와의 반응성이 좋아졌을 것으로 판단된다.Referring to FIG. 6 , the specific surface area of the nanomaterial synthesized from Example 1 (pristine SnO 2 ) is 22.082, the nanomaterial synthesized from Example 2 (SnO 2 -Al (1:0.16)) is 28.439, Example The nanomaterial synthesized from 3 (SnO 2 -Al (1:0.33)) showed 78.087. As confirmed by SEM and TEM, it is determined that the specific surface area increases due to the nanosize effect as the size of nanoparticles decreases as doping progresses. In addition, as doping proceeds through XRD and XPS, crystal defects are generated, and it is judged that the reactivity with H 2 S gas is improved.

실험예 7 가스 센싱 특성 평가Experimental Example 7 Gas sensing characteristic evaluation

실시예 4 내지 6에 따라 제조된 가스 센서를 세라믹 히터가 장착된 챔버에 넣고, 자체 제작된 가스 센싱 시스템으로 가스 센싱 특성을 측정하였다. 목표 유독가스와 아르곤(Air) 가스를 MFCs(mass flow controllers)를 이용하여 혼합하였다. 총 유량은 500sccm으로 하였고 에어(air) 상태일때의 저항을 Ra, 목표 유독가스가 존재할 때를 Rg로 표기하였고 키슬리(keithley) 2450을 이용하여 저항을 측정하였다. 감도(Response)는 R = Ra/Rg(환원성 가스)로 정하였다. 감응 속도(Response time) 는 목표 유독 가스를 흘려주고, 최종 도달한 저항값의 90%로 정하였다. The gas sensors manufactured according to Examples 4 to 6 were placed in a chamber equipped with a ceramic heater, and gas sensing characteristics were measured using a self-manufactured gas sensing system. The target toxic gas and argon (Air) gas were mixed using MFCs (mass flow controllers). The total flow rate was set to 500 sccm, and the resistance in the air state was expressed as Ra and the target toxic gas was expressed as Rg, and the resistance was measured using a Keithley 2450. Response was determined as R = Ra/Rg (reducing gas). The response time was set as 90% of the final resistance value reached by flowing the target toxic gas.

실시예 4 내지 6에 따라 제조된 가스 센서의 황화수소(H2S) 가스 센싱 특성 평가 결과를 도 8에 나타내었다. 가스 센서의 황화수소(H2S) 가스에 대한 감응도, 감응속도의 결과를 도 9 및 아래 표 1에 나타내었다. 실시예 6에 따라 제조된 가스 센서의 황화수소를 포함하는 기타 가스(C2H5OH, NH3, C7H8) 10ppm에 대한 선택적 감지 그래프를 도 10에 나타내었다. The hydrogen sulfide (H 2 S) gas sensing characteristic evaluation results of the gas sensors manufactured according to Examples 4 to 6 are shown in FIG. 8 . The results of the sensitivity and the reaction rate of the gas sensor to hydrogen sulfide (H 2 S) gas are shown in FIG. 9 and Table 1 below. A selective detection graph for 10 ppm of other gases (C 2 H 5 OH, NH 3 , C 7 H 8 ) containing hydrogen sulfide of the gas sensor prepared according to Example 6 is shown in FIG. 10 .

H2S 가스 농도(ppm)H 2 S gas concentration (ppm) 실시예 4(Pristine SnO2)Example 4 (Pristine SnO 2 ) 실시예 5(SnO2-Al(1:0.16))Example 5 (SnO 2 -Al(1:0.16)) 실시예 6(SnO2-Al(1:0.33))Example 6 (SnO 2 -Al(1:0.33)) 감응도((Ra/Rg)Sensitivity ((Ra/Rg) 감응속도(s)Response speed (s) 감응도((Ra/Rg)Sensitivity ((Ra/Rg) 감응속도(s)Response speed (s) 감응도((Ra/Rg)Sensitivity ((Ra/Rg) 감응속도(s)Response speed (s) 2020 7.137.13 99 14.1814.18 238238 17.3817.38 3535 1010 3.693.69 77 7.217.21 247247 8.768.76 5353 66 2.482.48 88 5.315.31 230230 6.726.72 117117 22 2.002.00 2828 2.422.42 152152 2.712.71 162162

도 8을 참고하면, 실시예 4 내지 6에 따라 제조된 가스 센서 모두 황화수소 가스 20, 10, 6, 2ppm에 대해 n-type의 거동을 보이는 것으로 나타났다. 또한, 모든 황화수소 가스 농도에서 실시예 6에 따라 제조된 가스 센서(SnO2-Al(1:0.33))가 더 좋은 감응도를 보였다.Referring to FIG. 8 , all of the gas sensors manufactured according to Examples 4 to 6 showed n-type behavior with respect to hydrogen sulfide gas 20, 10, 6, and 2 ppm. In addition, the gas sensor (SnO 2 -Al(1:0.33)) prepared according to Example 6 showed better sensitivity at all hydrogen sulfide gas concentrations.

도 9 및 표 1을 참고하면, 실시예 5 및 6에 따라 제조된 가스 센서(SnO2-Al (1:0.16), SnO2-Al(1:0.33))는 실시예 4에 따라 제조된 가스 센서(pristine SnO2)보다 H2S 가스 감응도가 모두 높았다. 9 and Table 1, the gas sensors prepared according to Examples 5 and 6 (SnO 2 -Al (1:0.16), SnO 2 -Al (1:0.33)) were prepared according to the gas prepared according to Example 4 All of the H 2 S gas sensitivity was higher than that of the sensor (pristine SnO 2 ).

그러나, 실시예 4에 따라 제조된 가스 센서(pristine SnO2)가 실시예 5 및 6에 따라 제조된 가스 센서(SnO2-Al (1:0.16), SnO2-Al(1:0.33))에 비해 감응 속도가 빠른 것으로 나타났다. 이는 낮은 감도로 인해 비교적 빠르게 감응이 끝나서 감응 속도가 빠른 것처럼 보이는 것이다. However, the gas sensor prepared according to Example 4 (pristine SnO 2 ) was prepared according to Examples 5 and 6 (SnO 2 -Al (1:0.16), SnO 2 -Al (1:0.33)) to the It was found that the response rate was faster than This is because the response ends relatively quickly due to the low sensitivity, so the response speed appears to be fast.

또한, 실시예 6에 따라 제조된 가스 센서(SnO2-Al (1:0.33))가 실시예 5에 따라 제조된 가스 센서(SnO2-Al (1:0.16))보다 더 빠른 감응 속도를 나타낸 것을 확인하였다. In addition, the gas sensor prepared according to Example 6 (SnO 2 -Al (1:0.33)) showed a faster response rate than the gas sensor prepared according to Example 5 (SnO 2 -Al (1:0.16)). confirmed that.

도 10을 참고하면, 먼저 도 10의 (a) 및 (b)에서 실시예 6에 따라 제조된 가스 센서(SnO2-Al (1:0.33))는 각각의 가스에 대해 황화수소(H2S) 8.76, C2H5OH 2.42, NH3 2.41, C7H8 1.14의 감도를 나타내었다. 따라서, 실시예 6에 따라 제조된 가스 센서(SnO2-Al (1:0.33))가 타 가스 대비 황화수소(H2S) 가스에 대한 탁월한 감응도가 있는 것을 확인하였다.Referring to FIG. 10, first, the gas sensor (SnO 2 -Al (1:0.33)) prepared according to Example 6 in FIGS. 10 (a) and (b) is hydrogen sulfide (H 2 S) for each gas. Sensitivity of 8.76, C 2 H 5 OH 2.42, NH 3 2.41, and C 7 H 8 1.14 was shown. Therefore, it was confirmed that the gas sensor (SnO 2 -Al (1:0.33)) prepared according to Example 6 had excellent sensitivity to hydrogen sulfide (H 2 S) gas compared to other gases.

센서의 습도 영향 테스트에 관한 도 10의 (c) 및 (d)를 참고하면, 실시예 6에 따라 제조된 가스 센서(SnO2-Al (1:0.33))의 상대습도 0RH%에서의 황화수소(H2S) 가스의 감응도는 8.76이었지만, 상대습도가 30RH%로 높아졌을 때는 1.53의 감응도를 나타내었다. 이는 물 분자가 가스 흡착 사이트에 더 많이 흡착되어 있어 황화수소(H2S) 가스가 흡착하기 어려워졌기 때문으로 판단된다. Referring to FIGS. 10 (c) and (d) regarding the humidity effect test of the sensor, hydrogen sulfide at 0RH% of relative humidity of the gas sensor (SnO 2 -Al (1:0.33)) prepared according to Example 6 ( The sensitivity of H 2 S) gas was 8.76, but when the relative humidity was increased to 30RH%, the sensitivity was 1.53. This is considered to be because more water molecules are adsorbed to the gas adsorption site, making it difficult to adsorb hydrogen sulfide (H 2 S) gas.

Claims (9)

알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질을 포함하는 황화수소 가스 센서.
A hydrogen sulfide gas sensor comprising aluminum-doped tin oxide nanomaterials.
제1항에 있어서,
기판;
상기 기판 상에 배치된 전극; 및
상기 전극 상에 형성된 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질을 포함하는 센싱층;을 포함하는, 황화수소 가스 센서.
According to claim 1,
Board;
an electrode disposed on the substrate; and
A hydrogen sulfide gas sensor comprising a; a sensing layer comprising a tin oxide nanomaterial doped with aluminum formed on the electrode.
알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질을 포함하는 황화수소 가스 검출용 조성물.
A composition for detecting hydrogen sulfide gas comprising a tin oxide nanomaterial doped with aluminum.
기판 상에 전극을 배치시키는 단계; 및
상기 전극 상에 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질을 증착하여 센싱층을 형성하는 단계;를 포함하는, 황화수소 가스 센서의 제조방법.
disposing an electrode on a substrate; and
Forming a sensing layer by depositing a tin oxide nanomaterial doped with aluminum on the electrode; comprising, a method of manufacturing a hydrogen sulfide gas sensor.
제4항에 있어서,
상기 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질은
(a) 주석 클로라이드 오수화물(SnCl4-5H2O, Tin chloride pentahydrate), 질산알루미늄(Al(NO3)3, aluminum nitrate) 및 용매를 혼합하여 용액을 제조하는 단계;
(b) 상기 단계 (a)의 용액에 암모니아를 첨가하는 단계;
(c) 상기 단계 (b)의 용액을 수열합성하는 단계;
(d) 상기 단계 (c)의 용액을 여과한 후 건조하여 분말을 제조하는 단계;
(e) 상기 단계 (d)의 분말을 1차 하소하는 단계; 및
(f) 상기 단계 (e)의 물질을 2차 하소하는 단계;를 포함하는 방법으로 제조하는 것을 특징으로 하는 황화수소 가스 센서의 제조방법.
5. The method of claim 4,
The aluminum-doped tin oxide nanomaterial is
(a) preparing a solution by mixing tin chloride pentahydrate (SnCl 4 -5H 2 O, Tin chloride pentahydrate), aluminum nitrate (Al(NO 3 ) 3 , aluminum nitrate) and a solvent;
(b) adding ammonia to the solution of step (a);
(c) hydrothermal synthesis of the solution of step (b);
(d) filtering the solution of step (c) and drying the solution to prepare a powder;
(e) first calcining the powder of step (d); and
(f) secondary calcination of the material of step (e);
제5항에 있어서,
상기 수열 합성은 온도 150 내지 250℃, 압력 250 내지 1,200atm 및 시간 10 내지 48시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 황화수소 가스 센서의 제조방법.
6. The method of claim 5,
The hydrothermal synthesis is a method of manufacturing a hydrogen sulfide gas sensor, characterized in that the temperature is 150 to 250 ℃, the pressure is 250 to 1,200 atm, and is performed for 10 to 48 hours.
제5항에 있어서,
상기 1차 및 2차 하소는 각각 300 내지 800℃에서 1 내지 8시간 동안 진행되는 것을 특징으로 하는 황화수소 가스 센서의 제조방법.
6. The method of claim 5,
The first and second calcinations are each performed at 300 to 800° C. for 1 to 8 hours.
황화수소가 포함된 것으로 의심되는 시료를, 제1항의 황화수소 가스 센서에 접촉시켜 반응시키는 단계; 및
상기 반응시킨 반응물의 형광 신호, 흡광 및 광학적 변화로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 지표를 측정하는 단계를 포함하는 황화수소 가스의 검출 방법.
A step of reacting a sample suspected of containing hydrogen sulfide by contacting the hydrogen sulfide gas sensor of claim 1; and
A method for detecting hydrogen sulfide gas, comprising measuring one or more indicators selected from the group consisting of a fluorescence signal, absorption, and optical change of the reacted reactant.
제8항에 있어서,
상기 지표는 시료 내 황화수소 존재시 알루미늄이 도핑된 산화주석 나노물질이 황화수소가 결합을 통해 얻어진 이합체에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 황화수소 가스의 검출 방법.
9. The method of claim 8,
The indicator is a method for detecting hydrogen sulfide gas, characterized in that when hydrogen sulfide is present in the sample, the aluminum-doped tin oxide nanomaterial is generated by a dimer obtained through hydrogen sulfide bonding.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09166567A (en) * 1995-12-18 1997-06-24 F I S Kk Semiconductor type gas sensor and manufacture thereof
KR20140104784A (en) 2013-02-21 2014-08-29 인하대학교 산학협력단 Gas sensor for selectively sensing H2S, and the preparation method thereof
KR20160136811A (en) 2015-05-21 2016-11-30 경북대학교 산학협력단 Method of forming a sensing layer of hydrogen sulfide, hydrogen sulfide sensor, and method of detecting hydrogen sulfide using the hydrogen sulfide sensor
KR20170114192A (en) 2016-04-05 2017-10-13 한국과학기술연구원 Compositions for sensors of detecting hydrogen sulphide and methods of manufacturing the same
KR20170123850A (en) 2016-04-29 2017-11-09 한국과학기술원 Colorimetric sensor with one dimensional nanowire bundle structure for detecting hydrogen sulfide gas and manufacturing method thereof
KR20180096050A (en) 2017-02-20 2018-08-29 동우 화인켐 주식회사 H2s gas sensor and preparing method for the same
KR102051757B1 (en) 2018-08-16 2019-12-03 숙명여자대학교산학협력단 Novel compounds for the detection of hydrogen sulfide and sensor kit for the detection of hydrogen sulfide using the same

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09166567A (en) * 1995-12-18 1997-06-24 F I S Kk Semiconductor type gas sensor and manufacture thereof
KR20140104784A (en) 2013-02-21 2014-08-29 인하대학교 산학협력단 Gas sensor for selectively sensing H2S, and the preparation method thereof
KR20160136811A (en) 2015-05-21 2016-11-30 경북대학교 산학협력단 Method of forming a sensing layer of hydrogen sulfide, hydrogen sulfide sensor, and method of detecting hydrogen sulfide using the hydrogen sulfide sensor
KR20170114192A (en) 2016-04-05 2017-10-13 한국과학기술연구원 Compositions for sensors of detecting hydrogen sulphide and methods of manufacturing the same
KR20170123850A (en) 2016-04-29 2017-11-09 한국과학기술원 Colorimetric sensor with one dimensional nanowire bundle structure for detecting hydrogen sulfide gas and manufacturing method thereof
KR20180096050A (en) 2017-02-20 2018-08-29 동우 화인켐 주식회사 H2s gas sensor and preparing method for the same
KR102051757B1 (en) 2018-08-16 2019-12-03 숙명여자대학교산학협력단 Novel compounds for the detection of hydrogen sulfide and sensor kit for the detection of hydrogen sulfide using the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Koichi Suematsu et al.,RSC Advances, Vol.5, 2015, pp.86347-86354. *

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