KR20240013391A - Hydrogen gas sensor comprising non-noble metal catalysts and Method for manufacturing thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기재; 기재 상 위치하는 금속산화물층; 상기 금속산화물층 상 서로 이격 위치하는 제1전극과 제2전극; 상기 제1전극과 제2전극 사이에 위치하는 팔라듐 나노입자층; 및 상기 제1전극과 제2전극 사이에 위치하되, 상기 팔라듐 나노입자층 상에 위치하는 비귀금속 나노입자층을 포함하며, 비귀금속을 사용하여 경제적이면서도, 이종의 금속을 사용하여 수소 가스의 민감도와 응답률이 높을 뿐만아니라, 수소 가스의 히스테리시스 거동이 완화된 수소 가스 센서를 제공한다. The present invention relates to: A metal oxide layer located on the substrate; A first electrode and a second electrode positioned spaced apart from each other on the metal oxide layer; A palladium nanoparticle layer located between the first electrode and the second electrode; and a non-precious metal nanoparticle layer located between the first electrode and the second electrode and located on the palladium nanoparticle layer. It is economical by using a non-precious metal, and has high sensitivity and response rate to hydrogen gas by using a different kind of metal. Not only is this high, but it also provides a hydrogen gas sensor in which the hysteresis behavior of hydrogen gas is alleviated.
Description
본 발명은 수소 가스 센서에 관한 것으로, 더 상세하게는 수소 가스에 대한 높은 민감도 및 빠른 응답속도를 가지면서도 경제적인 수소 가스 센서에 관한 것이다. The present invention relates to a hydrogen gas sensor, and more specifically, to an economical hydrogen gas sensor that has high sensitivity to hydrogen gas and a fast response speed.
화석연료의 고갈 및 환경오염 문제로 인해 대두되고 있는 수소 에너지는 산업용 기초소재로부터 일반 연료, 수소 자동차, 수소 비행기, 연료 전지, 핵융합에너지 등 에너지 시스템에서 사용되는 거의 모든 분야에 대해 이용 가능성이 높은 친환경 에너지로서 각광받고 있다. Hydrogen energy, which is emerging due to the depletion of fossil fuels and environmental pollution problems, is an eco-friendly technology with high potential for use in almost all fields used in energy systems, including basic industrial materials, general fuels, hydrogen cars, hydrogen airplanes, fuel cells, and nuclear fusion energy. It is in the spotlight as energy.
그러나 수소 가스는 폭발농도범위가 넓고, 발화 에너지가 작아 미세한 정전기 등에도 쉽게 발화되어 누출량이 미량이라도 매우 위험할 수 있다. 이에 수소 누출에 의한 대형사고 및 인명피해를 줄이기 위해 수소 가스를 빠르고 정확하게 탐지할 수 있는 고성능 센서가 요구된다. However, hydrogen gas has a wide explosive concentration range and small ignition energy, so it is easily ignited by even a small amount of static electricity, so even a small amount of leakage can be very dangerous. Accordingly, high-performance sensors that can quickly and accurately detect hydrogen gas are required to reduce major accidents and casualties caused by hydrogen leaks.
이에 최근에 수소를 감지하기 위한 수소센서 기술에 대한 연구가 지속적으로 진행되고 있다. 이러한 수소센서는 금속물질이나 반도체 재료에서의 수소와의 반응에 따른 전기신호의 변화를 이용하여 수소를 감지하도록 한다. 이 경우 수소센서에서 수소를 빠르고 정확하게 감지하기 위해서는 수소에 대한 높은 정도의 반응성을 갖는 것이 무엇보다도 중요하다. 그런데, 수소는 일반적으로 금속물질이나 반도체 재료에 거의 반응하지 않는다. 이러한 문제를 해결하기 위해 수많은 연구에서 수소와의 반응을 위한 촉매제로서 팔라듐(palladium: Pd)을 금속물질이나 반도체 재료에 기능화시켜 수소와의 반응성을 극대화하는 기술이 제시되었으며(Kong J, Chapline G and Dai H, Adv. Mater. 13, 2001) 부가적으로, 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 금(Au), 은(Ag), 티타늄(Ti) 및 니켈(Ni)을 포함하는 귀금속 촉매가 수소 센서에 일반적으로 사용되고 있다. Accordingly, research on hydrogen sensor technology to detect hydrogen has been continuously conducted recently. These hydrogen sensors detect hydrogen by using changes in electrical signals resulting from reactions with hydrogen in metal or semiconductor materials. In this case, in order to quickly and accurately detect hydrogen in a hydrogen sensor, it is most important to have a high degree of reactivity to hydrogen. However, hydrogen generally has little reaction with metallic or semiconductor materials. To solve this problem, numerous studies have proposed a technology to maximize the reactivity with hydrogen by functionalizing metal or semiconductor materials with palladium (Pd) as a catalyst for reaction with hydrogen (Kong J, Chapline G and Dai H, Adv. Mater. 13, 2001) Additionally, precious metal catalysts including platinum (Pt), palladium (Pd), gold (Au), silver (Ag), titanium (Ti), and nickel (Ni) It is commonly used in hydrogen sensors.
그러나 이러한 귀금속 촉매들은 가격이 높고, 일부 귀금속 촉매들은 상온에서 낮은 수소 해리 작용을 보여 최적의 기능을 제공하지 못하며, 팔라듐은 수소(H2)의 흡수/탈착 동안에 팔라듐 하이브리드(PdH)를 형성하고, 이것은 센서의 구조적인 불안정과 히스테리시스를 쉽게 야기할 수 있어 문제점이 있다. However, these noble metal catalysts are expensive, and some noble metal catalysts do not provide optimal function due to low hydrogen dissociation activity at room temperature. Palladium forms palladium hybrid (PdH) during absorption/desorption of hydrogen (H 2 ), This is problematic because it can easily cause structural instability and hysteresis of the sensor.
또한, 종래에 사용되는 수소 가스 센서는 그 크기가 크고 경질의 물질로 구성되어 수소 가스를 감지해야하는 공간에 설치가 어렵고 귀금속 촉매를 이용한 높은 가격 때문에 상용화에 어려움을 겪고 있다. In addition, conventionally used hydrogen gas sensors are large in size and made of hard materials, making them difficult to install in spaces where hydrogen gas must be detected, and are having difficulties in commercialization due to the high price of using noble metal catalysts.
이에, 위치에 대한 제약이 낮고, 경제적이면서도 수소 가스에 대한 높은 민감도와 빠른 응답속도를 가지는 수소 가스 센서가 요구되고 있는 실정이다. Accordingly, there is a need for a hydrogen gas sensor that has low location constraints, is economical, has high sensitivity to hydrogen gas, and has a fast response speed.
본 발명의 목적은 설치 공간에 대한 제약이 적으면서도, 수소 가스에 대한 민감도는 높고, 안정적 운영이 가능한 경제적인 수소 가스 센서를 제공하는 것이다. The purpose of the present invention is to provide an economical hydrogen gas sensor that has few restrictions on installation space, has high sensitivity to hydrogen gas, and can operate stably.
본 발명에 따른 수소 가스 센서는 기재; 기재 상 위치하는 금속산화물층; 금속산화물층 상 서로 이격 위치하는 제1전극과 제2전극; 제1전극과 제2전극 사이에 위치하는 팔라듐 나노입자층; 및 제1전극과 제2전극 사이에 위치하되, 팔라듐 나노입자층 상에 위치하는 비금속 나노입자층;을 포함한다. The hydrogen gas sensor according to the present invention includes a base material; A metal oxide layer located on the substrate; A first electrode and a second electrode positioned spaced apart from each other on the metal oxide layer; A palladium nanoparticle layer located between the first electrode and the second electrode; and a non-metallic nanoparticle layer located between the first electrode and the second electrode, but located on the palladium nanoparticle layer.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소 가스 센서에 있어, 팔라듐 나노입자층은 비귀금속 나노입자층과 접촉하는 영역과 접촉하지 않는 영역을 포함할 수 있다. In the hydrogen gas sensor according to an embodiment of the present invention, the palladium nanoparticle layer may include a region that is in contact with the non-noble metal nanoparticle layer and a region that is not in contact.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소 가스 센서에 있어, 팔라듐 나노 입자층에 함유된 팔라듐과 비귀금속 나노입자층에 함유된 비귀금속 나노입자의 몰비는 1:0.2 내지 1:1을 만족할 수 있다. In the hydrogen gas sensor according to an embodiment of the present invention, the molar ratio of palladium contained in the palladium nanoparticle layer and non-noble metal nanoparticles contained in the non-noble metal nanoparticle layer may satisfy 1:0.2 to 1:1.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소 가스 센서에 있어, 비귀금속 나노입자층의 비귀금속은 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu), 코발트(Co), 니켈(Ni) 또는 이들의 조합일 수 있다. In the hydrogen gas sensor according to an embodiment of the present invention, the non-noble metal of the non-noble metal nanoparticle layer is aluminum (Al), chromium (Cr), copper (Cu), cobalt (Co), nickel (Ni), or a combination thereof. It can be.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소 가스 센서는 비귀금속 나노입자층 상에 형성되는 고분자층을 더 포함할 수 있다. The hydrogen gas sensor according to an embodiment of the present invention may further include a polymer layer formed on the non-noble metal nanoparticle layer.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소 가스 센서에 있어, 고분자층의 고분자는 아크릴레이트계 고분자 또는 비닐계 고분자일 수 있다. In the hydrogen gas sensor according to an embodiment of the present invention, the polymer of the polymer layer may be an acrylate-based polymer or a vinyl-based polymer.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소 가스 센서에 있어, 고분자층의 고분자는 폴리메틸메타크릴레이트일 수 있다. In the hydrogen gas sensor according to an embodiment of the present invention, the polymer of the polymer layer may be polymethyl methacrylate.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소 가스 센서에 있어, 고분자층은 비다공질 고분자층일 수 있다. In the hydrogen gas sensor according to an embodiment of the present invention, the polymer layer may be a non-porous polymer layer.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소 가스 센서에 있어, 기재는 유연기판 또는 수축필름일 수 있다. In the hydrogen gas sensor according to an embodiment of the present invention, the substrate may be a flexible substrate or a shrink film.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소 가스 센서에 있어, 금속산화물 층의 금속은 갈륨(Ge), 인듐(In), 주석(Sn) 및 이들의 합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나일 수 있다. In the hydrogen gas sensor according to an embodiment of the present invention, the metal of the metal oxide layer may be one selected from the group consisting of gallium (Ge), indium (In), tin (Sn), and alloys thereof.
본 발명에 따른 상술한 수소 가스 센서를 이용하는 수소 가스의 검출 방법을 제공한다. A method for detecting hydrogen gas using the above-described hydrogen gas sensor according to the present invention is provided.
본 발명은 상술한 수소 가스 센서의 제조 방법을 제공하며, 상기 제조 방법은 (a) 기재의 일면에 금속산화물층을 형성하는 단계; (b) 기재와 접하지 않는 금속산화물층 일면에 서로 이격되는 제1전극과 제2전극을 형성하는 단계; (c) 제1전극과 제2전극이 이격된 영역에 팔라듐 나노입자층을 형성하는 단계; 및 (d) 팔라듐 나노입자층 상에 비귀금속 나노입자층을 형성하는 단계;를 포함한다. The present invention provides a method for manufacturing the above-described hydrogen gas sensor, which method includes the steps of (a) forming a metal oxide layer on one surface of a substrate; (b) forming a first electrode and a second electrode spaced apart from each other on one side of the metal oxide layer that is not in contact with the substrate; (c) forming a palladium nanoparticle layer in the area where the first electrode and the second electrode are spaced apart; and (d) forming a non-precious metal nanoparticle layer on the palladium nanoparticle layer.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소 가스 센서의 제조 방법에 있어, 상기 (c) 단계에서, 팔라듐 나노입자층은 금속산화물층 표면의 일부영역에 증착되어 형성될 수 있다. In the method of manufacturing a hydrogen gas sensor according to an embodiment of the present invention, in step (c), a palladium nanoparticle layer may be formed by depositing on a partial area of the surface of the metal oxide layer.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소 가스 센서의 제조 방법에 있어, 상기 (d)단계에서, 비귀금속 나노입자층은 팔라듐 나노입자층 및 금속산화물층 표면의 일부영역에 증착되어 형성될 수 있다. In the method of manufacturing a hydrogen gas sensor according to an embodiment of the present invention, in step (d), a non-noble metal nanoparticle layer may be formed by depositing on a partial area of the surface of the palladium nanoparticle layer and the metal oxide layer.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소 가스 센서의 제조 방법에 있어, (d)단계 이후, (e) 팔라듐 나노입자층 및 비귀금속 나노입자층을 열처리하는 단계;를 더 포함할 수 있다. In the method of manufacturing a hydrogen gas sensor according to an embodiment of the present invention, after step (d), (e) heat treating the palladium nanoparticle layer and the non-noble metal nanoparticle layer may be further included.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소 가스 센서의 제조 방법에 있어, (e) 단계의 열처리는 팔라듐 또는 비귀금속 나노입자의 녹는점보다 낮은 온도 하에서 수행될 수 있다. In the method for manufacturing a hydrogen gas sensor according to an embodiment of the present invention, the heat treatment in step (e) may be performed at a temperature lower than the melting point of palladium or non-precious metal nanoparticles.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소 가스 센서의 제조 방법에 있어, 열처리 온도는 80 내지 500 ℃일 수 있다. In the method for manufacturing a hydrogen gas sensor according to an embodiment of the present invention, the heat treatment temperature may be 80 to 500 °C.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소 가스 센서의 제조 방법에 있어, (e)단계 이후, (f) 비귀금속 나노입자층 상에 고분자층을 더 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다. In the method of manufacturing a hydrogen gas sensor according to an embodiment of the present invention, after step (e), (f) further forming a polymer layer on the non-noble metal nanoparticle layer may be further included.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소 가스 센서의 제조 방법에 있어, (f) 단계는 용매에 용해된 폴리메틸메타크릴레이트를 비귀금속 나노입자층 상에 도포 및 건조하여 수행될 수 있다. In the method for manufacturing a hydrogen gas sensor according to an embodiment of the present invention, step (f) may be performed by applying and drying polymethyl methacrylate dissolved in a solvent on the non-noble metal nanoparticle layer.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소 가스 센서의 제조 방법에 있어, (f) 단계에서 용매는 할로겐화 알콕시 벤젠 화합물일 수 있다. In the method for manufacturing a hydrogen gas sensor according to an embodiment of the present invention, the solvent in step (f) may be a halogenated alkoxy benzene compound.
본 발명에 따른 수소 센서는 상온 작동이 가능하며, 수소 가스에 대한 높은 민감도 및 응답속도를 가지고 있으며, 비귀금속 나노입자를 사용함으로써 기존의 귀금속나노입자만을 사용하는 수소 센서 보다 경제적인 장점이 있다. The hydrogen sensor according to the present invention can operate at room temperature, has high sensitivity and response speed to hydrogen gas, and has an economical advantage over hydrogen sensors using only existing noble metal nanoparticles by using non-precious metal nanoparticles.
본 발명에 따른 수소 센서는 촉매 사이에 간극이 존재함에 따라 수소 센서의 히스테리리스 거동을 완화시켜 안정적이면서도 장기적으로 사용이 가능한 수소 가스 센서를 제공하여 수소 가스 상용화에 기여할 수 있다. The hydrogen sensor according to the present invention can contribute to the commercialization of hydrogen gas by providing a hydrogen gas sensor that is stable and usable for a long period of time by alleviating the hysterical behavior of the hydrogen sensor due to the presence of a gap between catalysts.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 가스 센서의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 팔라듐 금속나노입자층 및 비귀금속 나노입자층의 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고분자층의 주사현미경사진이다.
도 4는 본 발명의 비귀금속으로 Al을 사용하였을 때에 따른 수소 가스 센서의 수소 가스 농도별 검지 테스트 결과 그래프이다.
도 5는 본 발명의 비귀금속으로 Cr을 사용하였을 때에 따른 수소 가스 센서의 수소 가스 농도별 검지 테스트 결과 그래프이다. Figure 1 is a schematic diagram of a hydrogen gas sensor according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a schematic diagram of a palladium metal nanoparticle layer and a non-precious metal nanoparticle layer according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a scanning micrograph of a polymer layer according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a graph of the detection test results for each hydrogen gas concentration of the hydrogen gas sensor when Al is used as the non-precious metal of the present invention.
Figure 5 is a graph of the detection test results for each hydrogen gas concentration of the hydrogen gas sensor when Cr is used as the non-precious metal of the present invention.
이하, 본 발명에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다. 다만, 이는 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다. 또한, 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것도 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement it. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the implementation examples described herein. Additionally, it is not intended to limit the scope of protection limited by the scope of the patent claims.
또한, 본 발명의 설명에 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.In addition, if there is no other definition in the technical and scientific terms used in the description of the present invention, they have the meaning commonly understood by those skilled in the art in the technical field to which this invention pertains, and in the following description, the present invention Descriptions of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the point are omitted.
본 명세서에서 사용되는 수치 범위는 하한치와 상한치와 그 범위 내에서의 모든 값, 정의되는 범위의 형태와 폭에서 논리적으로 유도되는 증분, 이중 한정된 모든 값 및 서로 다른 형태로 한정된 수치 범위의 상한 및 하한의 모든 가능한 조합을 포함한다. 본 발명의 명세서에서 특별한 정의가 없는 한 실험 오차 또는 값의 반올림으로 인해 발생할 가능성이 있는 수치범위 외의 값 역시 정의된 수치범위에 포함된다.Numerical ranges as used herein include lower and upper limits and all values within that range, increments logically derived from the shape and width of the range being defined, all doubly defined values, and upper and lower limits of numerical ranges defined in different forms. Includes all possible combinations of Unless otherwise specified in the specification of the present invention, values outside the numerical range that may occur due to experimental error or rounding of values are also included in the defined numerical range.
본 발명에서 특별한 정의가 없는 한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 및 첨부된 특허청구범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥에서 특별한 지시가 없는 한 복수 형태도 포함하는 것으로 의도할 수 있다.In the present invention, unless otherwise specified, the fact that a part "includes" a certain component means that it may further include other components rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary. Additionally, as used in the specification and the appended claims, the singular forms “a,” “an,” and “the” are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly dictates otherwise.
본 명세서에서 특별한 언급 없이 사용된 단위는 중량을 기준으로 하며, 일 예로 % 또는 비의 단위는 중량% 또는 중량비를 의미하고, 중량%는 달리 정의되지 않는 한 전체 조성물 중 어느 하나의 성분이 조성물 내에서 차지하는 중량%를 의미한다.Units used in this specification without special mention are based on weight. For example, the unit of % or ratio means weight % or weight ratio, and weight % refers to the amount of any one component of the entire composition in the composition, unless otherwise defined. It means the weight % occupied by .
종래의 수소 가스 센서는 촉매연료 또는 열선을 사용한 센서, SiO2, AlN 등의 금속산화(질화)물 반도체, 그리고 벌크 Pd, Pt에 SiC, GaN 등을 이용하여 2극 구조의 벽벽숏키 장벽 다이오드를 사용한 센서 등이 사용되고 있다. 그러나 종래의 센서들은 크기가 크고 구조가 복잡하며, 경질의 소재로 이루어져 있어 설치 위치의 제약이 있다는 점과, Pt, Au, Ag 등의 귀금속 촉매를 사용하여 가격이 높으면서도, 수소에 대한 민감도가 떨어지는 한계점이 있다.Conventional hydrogen gas sensors use sensors using catalytic fuel or heat wire, metal oxide (nitride) semiconductors such as SiO2 and AlN, and bulk Pd and Pt using SiC and GaN, etc., and wall-wall Schottky barrier diodes with a two-pole structure. Sensors, etc. are being used. However, conventional sensors are large in size, have a complex structure, and are made of hard materials, which limits the installation location. They are expensive because they use noble metal catalysts such as Pt, Au, and Ag, and have low sensitivity to hydrogen. There is a breaking point.
이에, 경제적이면서도 설치 위치에 제약을 받지 않고, 높은 공간 효율성을 가지면서도 수소에 대한 민감성이 높은 수소 가스 센서의 개발이 필요한 실정이다. Accordingly, there is a need to develop a hydrogen gas sensor that is economical, not limited by installation location, has high space efficiency, and is highly sensitive to hydrogen.
본 발명에 따른 수소 가스 센서는 기재를 유연 또는 수축성을 가지는 소재를 사용할 수 있으며, 이에 수소 가스 센서가 높은 유연도를 가짐에 따라 가스봄베, 가스배관 등 수소 가스 센싱이 필요한 영역에 영역과 대응하는 형상으로 변형이 가능하며, 공간을 거의 차지하지 않아 높은 공간 효율성을 가질 수 있다. The hydrogen gas sensor according to the present invention can use a flexible or shrinkable material as a substrate, and as the hydrogen gas sensor has high flexibility, it can be used in areas that require hydrogen gas sensing, such as gas cylinders and gas pipes. It can be transformed into shapes and takes up very little space, allowing for high space efficiency.
뿐만 아니라, 본 발명의 수소 가스 센서는 촉매로서 팔라듐 나노입자층과 상기 팔라듐 나노입자층 상에 존재하는 비귀금속 나노입자층을 포함하여, 수소 가스에 대한 높은 민감도 및 빠른 응답속도를 가지면서도 비귀금속 나노입자를 포함하기 때문에 경제적인 수소 가스 센서를 제공할 수 있는 장점이 있다.In addition, the hydrogen gas sensor of the present invention includes a palladium nanoparticle layer as a catalyst and a non-noble metal nanoparticle layer present on the palladium nanoparticle layer, and has high sensitivity and fast response speed to hydrogen gas while using non-noble metal nanoparticles. Because it is included, it has the advantage of providing an economical hydrogen gas sensor.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 수소 가스 센서에 대해 상세히 설명한다. 첨부한 도면은 기술자에게 본 발명의 기술적 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 어디까지나 예시적으로 제공되는 것으로서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들로 한정되지 않고 다른 형태로 얼마든지 구체화될 수 있다. Hereinafter, a hydrogen gas sensor according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. The attached drawings are provided as examples in order to sufficiently convey the technical idea of the present invention to technicians, and the present invention is not limited to the drawings presented below and may be embodied in many other forms.
도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 가스 센서의 모식도가 도시되어 있다. Figure 1 shows a schematic diagram of a hydrogen gas sensor according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 수소 가스 센서는 기재(100); 상기 기재(100) 상에 위치하는 금속산화물층(310); 상기 금속산화물층(310)상 서로 이격 위치하는 제1전극(321)과 제2전극(322); 상기 제1전극(321)과 제2전극(322) 사이에 위치하는 팔라듐 나노입자층(350); 및 상기 제1전극과 제2전극 사이에 위치하되, 상기 팔라듐나노입자층(350)상 존재하는 비귀금속 나노입자층(370)을 포함한다. Referring to Figure 1, the hydrogen gas sensor of the present invention includes a substrate 100; A metal oxide layer 310 located on the substrate 100; A first electrode 321 and a second electrode 322 spaced apart from each other on the metal oxide layer 310; A palladium nanoparticle layer 350 located between the first electrode 321 and the second electrode 322; and a non-precious metal nanoparticle layer 370 located between the first electrode and the second electrode and present on the palladium nanoparticle layer 350.
구체적으로 기재(100)는 절연성을 가지는 소재로 이루어진 것이라면 크게 제한되지 않으며, 유리, 세라믹, 알루미나, 실리콘 웨이퍼 또는 고분자 일 수 있다. Specifically, the substrate 100 is not particularly limited as long as it is made of an insulating material, and may be glass, ceramic, alumina, silicon wafer, or polymer.
본 발명의 일 예에 있어서, 기재(100)는 유연기판일 수 있다. 구체적인 예로, 유연기판은 유연성 폴리이미드 또는 유연성 폴리에틸렌테레프탈레이트 일 수 있으나, 이에 한정하지 않는다. In one example of the present invention, the substrate 100 may be a flexible substrate. As a specific example, the flexible substrate may be flexible polyimide or flexible polyethylene terephthalate, but is not limited thereto.
본 발명의 일 예에 있어서 기재(100)는 수축필름일 수 있다. 수축필름은 유연함과 동시에 열과 같은 외력에 의해 수축이 가능한 소재일 수 있다. 구체적으로 폴리에스테르(Polyester, PET), 배향성 폴리스티렌(Oriented polystyrene, OPS), 폴리염화비닐(Polyvinyl chloride, PVC) 및 폴리프로필렌(Polypropylene, PP)로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 고분자로 이루어진 소재일 수 있다.In one example of the present invention, the substrate 100 may be a shrink film. Shrink film can be a material that is flexible and can be contracted by external forces such as heat. Specifically, a material composed of one or more polymers selected from the group consisting of polyester (PET), oriented polystyrene (OPS), polyvinyl chloride (PVC), and polypropylene (PP). It can be.
금속산화물층(310)은 금속산화물(MOx)로 이루어진 것으로, 산화 재질정도에 따라 Ox가 O1 내지 O20, 구체적으로는 O1 내지 O10에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 금속산화물층(310)의 금속은 수소 흡착능을 가지는 것이면 한정되지 않는다. 구체적으로 금속 산화물층(310)의 금속은 주석(Sn), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 규소(Si), 인듐(In), 타이타늄(Ti), 크로뮴(Cr), 철(Fe) 및 니켈(Ni)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상일 수 있다. 바람직하게, 금속산화물층(310)의 금속은 주석(Sn)일 수 있으며, 금속산화물층(310)은 주석산화물(SnO2)층 일 수 있다. 주석산화물층은 타 금속산화물층(310)에 비해 면적대비 수소 흡착률이 높아 저농도 수소 가스도 센싱이 가능하게 한다. The metal oxide layer 310 is made of metal oxide ( MO . The metal of the metal oxide layer 310 is not limited as long as it has the ability to absorb hydrogen. Specifically, the metal of the metal oxide layer 310 is tin (Sn), zinc (Zn), aluminum (Al), silicon (Si), indium (In), titanium (Ti), chromium (Cr), and iron (Fe). and nickel (Ni). Preferably, the metal of the metal oxide layer 310 may be tin (Sn), and the metal oxide layer 310 may be a tin oxide (SnO 2 ) layer. The tin oxide layer has a higher hydrogen adsorption rate compared to other metal oxide layers 310, making it possible to sense even low-concentration hydrogen gas.
금속 산화물층(310)의 두께는 5 내지 300 nm, 상세하게 30 내지 200 nm일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 다만, 상기 범위에서 두께 대비 높은 수소 감응을 나타낼 수 있다.The thickness of the metal oxide layer 310 may be 5 to 300 nm, specifically 30 to 200 nm, but is not limited thereto. However, within the above range, it can exhibit high hydrogen sensitivity compared to the thickness.
도 2에는 금속산화물층(310) 상에 제1전극(21) 및 제2전극(23)이 이격된 영역에 위치하는 팔라듐 나노입자층(350)과 비귀금속 나노입자층(370)이 확대되어 도시되어 있다. 팔라듐 나노입자층(350)은 금속산화물층(310)과 맞닿아있는 하부면과 비귀금속 나노입자층(370)과 맞닿아있는 상부면으로 구분될 수 있다. In Figure 2, the palladium nanoparticle layer 350 and the non-precious metal nanoparticle layer 370 located in the area where the first electrode 21 and the second electrode 23 are spaced apart on the metal oxide layer 310 are shown in an enlarged form. there is. The palladium nanoparticle layer 350 can be divided into a lower surface in contact with the metal oxide layer 310 and an upper surface in contact with the non-precious metal nanoparticle layer 370.
도 2를 참조하면, 팔라듐 나노입자층(350)과 팔라듐 나노입자층(350) 상에 위치하는 비귀금속 나노입자층(370)이 모두 불연속적으로 분산된 입자층의 구조가 도시되어 있다. 팔라듐 나노입자층(350) 상에 비귀금속 나노입자층(370)이 위치하는 것은 불연속적으로 분산되어있는 팔라듐 나노입자층의 상부면에 비귀금속 나노입자가 불연속적으로 접촉해 있는 것을 의미할 수 있으며, 팔라듐 나노입자의 표면에 있어서, 금속산화물층(310)과 접촉된 표면 영역을 제외한 나머지 팔라듐 나노입자의 표면영역의 전부 또는 일부가 비귀금속에 의해 코팅된 것을 의미할 수 있다.Referring to FIG. 2, the structure of the particle layer is shown in which both the palladium nanoparticle layer 350 and the non-noble metal nanoparticle layer 370 located on the palladium nanoparticle layer 350 are discontinuously dispersed. The location of the non-noble metal nanoparticle layer 370 on the palladium nanoparticle layer 350 may mean that the non-precious metal nanoparticles are in discontinuous contact with the upper surface of the discontinuously dispersed palladium nanoparticle layer, and the palladium With respect to the surface of the nanoparticle, this may mean that all or part of the surface area of the palladium nanoparticle, excluding the surface area in contact with the metal oxide layer 310, is coated with a non-precious metal.
또한, 팔라듐 나노입자층이 금속산화물층(310) 상에 불연속적으로 분산된 구조임에 따라, 상기 팔라듐 나노입자가 위치하지 않는 금속산화물층(310) 상에 상기 비귀금속 나노입자층(370)층이 전부 또는 일부 형성될 수 있다.In addition, as the palladium nanoparticle layer has a discontinuously dispersed structure on the metal oxide layer 310, the non-precious metal nanoparticle layer 370 is formed on the metal oxide layer 310 where the palladium nanoparticles are not located. It may be formed in whole or in part.
팔라듐 나노입자층(350)은 1 내지 5㎚, 구체적으로 2 내지 4㎚의 두께로 형성될 수 있다. 팔라듐 나노입자층(350)은 클러스터 또는 분산된 입자형태의 팔라듐 나노입자로 이루어질 수 있다. 구체예로, 평균 입경이 0.5 내지 1nm인 클러스터 형 팔라듐 나노입자로 이루어질 수 있다. 이와 같은 팔라듐 나노입자층(350)은 전도성과 우수한 수소흡착능을 동시에 가짐에 따라 다량의 수소 가스를 흡착할 수 있으며, 고감도 센싱이 가능하도록 한다. The palladium nanoparticle layer 350 may be formed to have a thickness of 1 to 5 nm, specifically 2 to 4 nm. The palladium nanoparticle layer 350 may be made of palladium nanoparticles in the form of clusters or dispersed particles. As a specific example, it may be made of cluster-type palladium nanoparticles with an average particle diameter of 0.5 to 1 nm. This palladium nanoparticle layer 350 has both conductivity and excellent hydrogen adsorption capacity, so it can adsorb a large amount of hydrogen gas and enable high-sensitivity sensing.
구체적으로, 팔라듐 나노 입자층이 특정영역, 즉, 금속산화물층(310) 상 제1전극(321) 및 제2전극(322)이 이격된 영역에 위치함에 따라 높은 민감도로 수소가스 센싱이 가능하다. 팔라듐 나노입자는 상기 영역에서 균일 또는 불균일하게 분포되어 있을 수 있으며, 바람직하게, 팔라듐 나노입자층(350)은 제1전극(321)과 제2전극(322)이 이격된 영역의 금속산화물층(310) 표면에 일부영역에만 분포되어, 제1전극(321)과 제2전극(322)이 이격된 영역의 금속산화물층(310) 표면이 팔라듐 나노입자층(350)이 위치하는 제1영역과, 팔라듐 나노입자층(350)이 위치하지 않는 제2영역을 포함할 수 있다. Specifically, hydrogen gas sensing is possible with high sensitivity as the palladium nanoparticle layer is located in a specific area, that is, an area where the first electrode 321 and the second electrode 322 on the metal oxide layer 310 are spaced apart. Palladium nanoparticles may be uniformly or non-uniformly distributed in the area. Preferably, the palladium nanoparticle layer 350 is formed on the metal oxide layer 310 in the area where the first electrode 321 and the second electrode 322 are spaced apart. ) It is distributed only in some areas on the surface, and the surface of the metal oxide layer 310 in the area where the first electrode 321 and the second electrode 322 are spaced apart is the first area where the palladium nanoparticle layer 350 is located, and the palladium It may include a second area where the nanoparticle layer 350 is not located.
상세하게, 제2영역의 면적은 제1전극(321) 및 제2전극(322)에 의해 구획된 금속산화물층(310) 표면의 총 면적 중 50% 내지 90%, 바람직하게는 60% 내지 80%일 수 있다. 비귀금속 나노입자층(370)의 비귀금속 나노입자는 0차원 입자 또는 응집체로 존재할 수 있다. 비귀금속 나노입자의 평균 크기는 팔라듐 나노입자 크기와 유사할 수 있으며, 구체적으로, 평균 입경이 0.5 내지 3nm일 수 있다. 비귀금속 나노입자층(370)은 1 내지 5㎚, 구체적으로 2 내지 4㎚의 두께로 형성될 수 있다.In detail, the area of the second region is 50% to 90%, preferably 60% to 80%, of the total area of the surface of the metal oxide layer 310 partitioned by the first electrode 321 and the second electrode 322. It may be %. The non-noble metal nanoparticles of the non-noble metal nanoparticle layer 370 may exist as zero-dimensional particles or aggregates. The average size of the non-noble metal nanoparticles may be similar to the size of the palladium nanoparticles, and specifically, the average particle diameter may be 0.5 to 3 nm. The non-noble metal nanoparticle layer 370 may be formed to have a thickness of 1 to 5 nm, specifically 2 to 4 nm.
비귀금속은 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu), 코발트(Co), 니켈(Ni) 또는 이들의 조합일 수 있으며, 수소 가스 센서에 일반적으로 사용되는 비귀금속이라면 이에 한정하지 않는다. 종래의 수소 가스는 백금(Pt), 금(Au), 은(Ag)등의 귀금속만을 촉매로 사용하였으나, 본 발명은 팔라듐 나노입자층(350)과 상기 팔라듐 나노입자층 상 위치하는 비귀금속 나노입자층(370)를 함께 사용함에 따라 경제적이면서도 수소 가스에 대한 높은 민감성 및 빠른 응답속도를 갖는 수소 센서를 제공할 수 있는 효과가 있다. The non-precious metal may be aluminum (Al), chromium (Cr), copper (Cu), cobalt (Co), nickel (Ni), or a combination thereof, and is not limited to non-precious metals commonly used in hydrogen gas sensors. . Conventional hydrogen gas used only noble metals such as platinum (Pt), gold (Au), and silver (Ag) as catalysts, but the present invention uses a palladium nanoparticle layer 350 and a non-precious metal nanoparticle layer located on the palladium nanoparticle layer ( 370), it has the effect of providing an economical hydrogen sensor with high sensitivity to hydrogen gas and a fast response speed.
본 발명의 일 예에 따르면, 팔라듐 나노입자층의 팔라듐 나노입자층과 비귀금속 나노입자층에 포함된 팔라듐 : 비귀금속의 몰비는 1 : 0.1 내지 1 : 1 일 수 있으며, 구체적으로는 1 : 0.2 내지 1 : 0.5일 수 있다. 상기 범위에서 수소 가스의 더욱 높은 고감도 센싱이 가능하다. 또한, 팔라듐 나노입자층과 비귀금속 나노입자층의 두께는 1 : 0.1 내지 1 : 1 일 수 있으며, 구체적으로는 1 : 0.2 내지 1 : 0.5일 수 있다. According to an example of the present invention, the molar ratio of palladium to non-noble metal contained in the palladium nanoparticle layer and the non-noble metal nanoparticle layer may be 1:0.1 to 1:1, specifically 1:0.2 to 1:1. It could be 0.5. In the above range, more sensitive sensing of hydrogen gas is possible. Additionally, the thickness of the palladium nanoparticle layer and the non-noble metal nanoparticle layer may be 1:0.1 to 1:1, specifically 1:0.2 to 1:0.5.
팔라듐 나노입자층(350)과 비귀금속 나노입자층(370)이 상술한 구조적 특징을 포함함에 따라 본 발명의 수소 가스 센서는 팔라듐의 함량이 낮음에도 불구하고 높은 감도와 빠른 응답률을 보여주면서도, 히스테리시스 거동이 완화되어 종래의 수소 가스 센서들보다 수행능력과 안정성이 모두 향상될 수 있다. As the palladium nanoparticle layer 350 and the non-precious metal nanoparticle layer 370 include the structural features described above, the hydrogen gas sensor of the present invention shows high sensitivity and fast response rate despite the low palladium content, and has hysteresis behavior. By being relaxed, both performance and stability can be improved compared to conventional hydrogen gas sensors.
제1전극(321) 및 제2전극(322)은 전류 또는 저항의 변화를 측정하기 위한 것으로, 금속 산화물층(310) 상에 서로 이격되어 위치한다. 일 예로, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd) 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 일반적으로 전극으로 사용되는 소재는 모두 사용 가능하다. 제1전극(321) 및 제2전극(322)의 두께는 각각 10 내지 200 nm일 수 있으며, 구체적으로는 50 내지 150 nm일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. The first electrode 321 and the second electrode 322 are used to measure changes in current or resistance, and are positioned spaced apart from each other on the metal oxide layer 310. Examples include copper (Cu), aluminum (Al), nickel (Ni), titanium (Ti), silver (Ag), gold (Au), platinum (Pt), and palladium (Pd), but are limited to these. This does not mean that all materials commonly used as electrodes can be used. The thickness of the first electrode 321 and the second electrode 322 may be 10 to 200 nm, respectively, and specifically 50 to 150 nm, but is not limited thereto.
본 발명의 일 예에 있어서, 본 발명의 수소 가스 센서는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1전극(321), 제2전극(322), 금속산화물층(310), 팔라듐 나노입자층(350), 및 비귀금속 나노입자층(370) 상에 형성되는 고분자층(500)을 더 포함할 수 있다. 고분자층(500)은 수분, 공기 등 외부 환경에서 팔라듐 나노입자 및 귀금속 나노입자의 이탈을 방지하는 등의 역할을 하며 장시간 동안 외부 노출 시 수분 등에 의해 수소 가스 민감도가 떨어지는 것을 방지한다. 즉 고분자층(500)은 수소 센서의 민감도, 수소 선택성, 물리적 및 화학적 안정성을 현저하게 향상시킬 수 있다. In one example of the present invention, as shown in FIG. 1, the hydrogen gas sensor of the present invention includes a first electrode 321, a second electrode 322, a metal oxide layer 310, and a palladium nanoparticle layer 350. , and may further include a polymer layer 500 formed on the non-precious metal nanoparticle layer 370. The polymer layer 500 plays a role in preventing the separation of palladium nanoparticles and precious metal nanoparticles from external environments such as moisture and air, and prevents sensitivity to hydrogen gas from decreasing due to moisture, etc. when exposed to the outside for a long period of time. That is, the polymer layer 500 can significantly improve the sensitivity, hydrogen selectivity, and physical and chemical stability of the hydrogen sensor.
본 발명의 일 예에 있어서, 고분자층(500)이 형성될 때에, 외부로 노출된 금속산화물층(310), 팔라듐 나노입자층(350) 및 비귀금속 나노입자층(370)은 고분자층(500)과 직접 접촉될 수 있다. 이와 같은 수소 가스 센서는 수소의 선택성을 더욱 높일 수 있는 장점이 있다. In one example of the present invention, when the polymer layer 500 is formed, the externally exposed metal oxide layer 310, palladium nanoparticle layer 350, and non-noble metal nanoparticle layer 370 are combined with the polymer layer 500. Can be contacted directly. Such a hydrogen gas sensor has the advantage of further increasing the selectivity of hydrogen.
고분자층(500)의 고분자는 아크릴레이트계 고분자, 폴리이미드계 고분자 또는 비닐계 고분자 일 수 있다. 구체적으로 폴리메타크릴레이트(poymethacrylate), 폴리메틸아크릴레이트(polymethylacrylate), 폴리에틸메타크릴레이트(polyethylmetacrylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리스티렌(polystyrene) 또는 이들의 혼합물에서 하나 이상 선택되는 것일 수 있다. The polymer of the polymer layer 500 may be an acrylate-based polymer, a polyimide-based polymer, or a vinyl-based polymer. Specifically, it may be one or more selected from polymethacrylate, polymethylacrylate, polyethylmethacrylate, polyimide, polystyrene, or mixtures thereof.
바람직하게, 고분자 층의 고분자는 비다공질 폴리메틸메타크릴레이트(polymetylmetacrylate:PMMA)일 수 있다. 이와 같은 고분자층(500)은 수소 선택도를 매우 높여 더욱 더 신뢰도가 높은 수소 가스 센싱이 가능하도록 한다. 구체적으로, 비다공질 폴리메틸메타크릴레이트로 이루어진 고분자층(500)은 다공질 폴리메틸메타크릴레이트보다도 더욱 높은 수소 선택성을 가질 수 있어, 수소 가스 센서에 있어 감도 및 신뢰성을 높일 수 있다.Preferably, the polymer of the polymer layer may be non-porous polymethylmethacrylate (PMMA). This polymer layer 500 greatly increases hydrogen selectivity, enabling more reliable hydrogen gas sensing. Specifically, the polymer layer 500 made of non-porous polymethyl methacrylate can have higher hydrogen selectivity than porous polymethyl methacrylate, thereby improving sensitivity and reliability in a hydrogen gas sensor.
상기한 본 발명의 수소 가스 센서를 통해 본 발명의 수소 가스를 검출하는 방법은 수소 가스 센서(1)에 검출 대상 가스를 노출시키기 전 후의 전류 또는 저항을 측정하여 이루어질 수 있다. 비한정적인 일 구체적 예로, 수소 가스 센서의 드레인전류(lds(ref))를 측정하여 기준을 설정하는 단계; 제1전극 및 제2전극 사이에 위치하는 감지부에 검출 대상 가스를 도입하는 단계; 검출 대상 가스가 도입되었을 때의 드레인전류를 측정하는 검출단계; 및 측정된 드레인 전류값을 이용하여 검출 가스의 농도를 분석하는 단계;를 포함할 수 있으며, 검출 대상 가스의 도입 전 후 변화된 드레인 전류값을 기준으로 검출 가스를 검출할 수 있다. 이와 달리, 검출 대상 가스의 도입 전 후에 따라 변화된 드레인 전류값이 아닌, 변화된 저항값으로 검출 가스의 검출이 이루어질 수 있음은 물론이다. The method of detecting hydrogen gas of the present invention through the hydrogen gas sensor of the present invention described above can be accomplished by measuring current or resistance before and after exposing the gas to be detected to the hydrogen gas sensor 1. As a non-limiting specific example, setting a standard by measuring the drain current (lds(ref)) of the hydrogen gas sensor; Introducing a gas to be detected into a sensing unit located between the first electrode and the second electrode; A detection step of measuring the drain current when the detection target gas is introduced; and analyzing the concentration of the detection gas using the measured drain current value. The detection gas may be detected based on the drain current value changed before and after introduction of the detection target gas. In contrast, of course, the detection gas can be detected with a changed resistance value rather than a drain current value that changes before and after the introduction of the detection target gas.
이때, 수소 가스 센서의 작동 온도는 -50 내지 300 ℃일 수 있으며, 구체적으로는 -10 내지 200 ℃, 더욱 구체적으로는 4 내지 150 ℃을 포함할 수 있다. At this time, the operating temperature of the hydrogen gas sensor may be -50 to 300 °C, specifically -10 to 200 °C, and more specifically 4 to 150 °C.
또한 수소 가스의 농도 범위는 0.1 내지 100,000 ppm, 구체적으로는 1 내지 8,000 ppm을 포함할 수 있다.Additionally, the concentration range of hydrogen gas may be 0.1 to 100,000 ppm, specifically 1 to 8,000 ppm.
이하, 본 발명의 수소 가스 센서의 제조방법에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, the manufacturing method of the hydrogen gas sensor of the present invention will be described in detail.
본 발명의 수소 가스 제조방법은 a) 기재의 일면에 금속산화물층을 형성하는 단계; b) 상기 기재와 접하지 않는 금속산화물층 일면에 서로 이격되는 제1전극과 제2전극을 형성하는 단계; 및 c) 상기 제1전극과 제2전극이 이격된 영역에 팔라듐 나노입자층을 형성하는 단계; 및 d) 상기 팔라듐 나노입자층 상에 비귀금속 나노입자층을 형성하는 단계;를 포함한다. 이와 같은 제조방법은 상온에서도 높은 민감도를 가지는 수소 가스 센서, 즉 상술한 본 발명의 수소 가스 센서를 제조할 수 있는 장점이 있으며, 공정이 용이하고 간단하여 상업화 가능한 장점이 있다.The method for producing hydrogen gas of the present invention includes the steps of a) forming a metal oxide layer on one side of a substrate; b) forming a first electrode and a second electrode spaced apart from each other on one side of the metal oxide layer that is not in contact with the substrate; and c) forming a palladium nanoparticle layer in an area where the first electrode and the second electrode are spaced apart; and d) forming a non-precious metal nanoparticle layer on the palladium nanoparticle layer. This manufacturing method has the advantage of being able to manufacture a hydrogen gas sensor with high sensitivity even at room temperature, that is, the hydrogen gas sensor of the present invention described above, and has the advantage of being commercializable because the process is easy and simple.
상세하게, 기재의 일면에 금속산화물층을 형성하는 단계(이하, a)단계)는 절연층에 금속 산화물의 전구체물질을 포함하는 전구체용액을 코팅시켜 수행될 수 있다. 구체적으로 금속 산화물은 주석 산화물일 수 있으며, 전구체 물질은 사용되는 용매에 용해가 되는 것이면 어떤 종류라도 가능하며, 클로라이드계열, 아세테이트 계열, 할로겐화물 등 특정 전구체에 제한을 두지 않으며 사용될 수 있다. 용매는 2-메톡시에탄올(2-mathoxyethanol), 이소프로판올(isopropanol), 디메틸포름아마이드(dimethylformamide), 에탄올(ethanol), 메탄올(methanol), 아세틸아세톤(acetylacetone) 및 디메틸아민보란(dimethylamineborane) 으로 이루어진 군에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 전구체용액 내 전구체 물질의 몰농도는 0.01M 내지 3M, 구체적으로 0.025M 내지 0.2M, 더욱 구체적으로 0.05 내지 0.15M일 수 있으나 이에 한정되진 않는다. In detail, the step of forming a metal oxide layer on one side of the substrate (hereinafter referred to as step a) may be performed by coating the insulating layer with a precursor solution containing a metal oxide precursor material. Specifically, the metal oxide may be tin oxide, and the precursor material may be any type as long as it is soluble in the solvent used, and may be used without limitation to specific precursors such as chloride series, acetate series, and halide. The solvent is a group consisting of 2-methoxyethanol, isopropanol, dimethylformamide, ethanol, methanol, acetylacetone, and dimethylamineborane. may include at least one. The molar concentration of the precursor material in the precursor solution may be 0.01M to 3M, specifically 0.025M to 0.2M, and more specifically 0.05 to 0.15M, but is not limited thereto.
전구체 용액은 당업계에서 사용되는 용액 안정화제를 더 포함할 수 있다.The precursor solution may further include a solution stabilizer used in the art.
a)단계는 전구체 용액을 상술한 절연성을 가지는 기재위에 도포하여 전구체 박막을 형성한다. 전구체 용액은 스핀코팅, 잉크젯 프리팅, 딥코팅 등 당업계에 알려진 코팅 방법으로 도포될 수 있다. 이후, 기판의 전구체 박막에 열처리를 진행하여 금속산화물층을 형성한다.In step a), the precursor solution is applied onto the insulating substrate described above to form a precursor thin film. The precursor solution can be applied by coating methods known in the art, such as spin coating, inkjet printing, and dip coating. Afterwards, heat treatment is performed on the precursor thin film of the substrate to form a metal oxide layer.
열처리는 200℃ 내지 500℃, 구체적으로 280℃ 내지 400℃에서 수행될 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 온도를 상이하게 하여 1,2차로 나누어 수행될 수 있다. The heat treatment may be performed at 200°C to 500°C, specifically 280°C to 400°C, but is not limited thereto, and may be performed in 1st and 2nd stages at different temperatures.
이와 달리, a)단계는 증착을 통해 수행될 수 있다. 구체적으로, 기재 상에 금속층을 증착한 후 산화시켜 기재 상에 금속산화물층을 형성하거나, 금속산화물을 직접 증착시켜 금속산화물층을 형성할 수 있다. 증착은 물리적 또는 화학적 방법을 이용할 수 있으며, 구체적으로, ALD(Atomic layer deposition), CVD(Chemical Vapor deposition), 또는 PVD(Physical Vapor Deposition)등을 통해 수행될 수 있다. 더욱 구체적인 예로, 스퍼터링법, 열증착법, 전자빔증착법 또는 전기도금법 등을 통해 증착을 수행할 수 있다.Alternatively, step a) can be performed via deposition. Specifically, a metal layer can be deposited on a substrate and then oxidized to form a metal oxide layer on the substrate, or the metal oxide layer can be formed by directly depositing the metal oxide. Deposition may use physical or chemical methods, and specifically, may be performed through ALD (Atomic layer deposition), CVD (Chemical Vapor deposition), or PVD (Physical Vapor Deposition). As a more specific example, deposition may be performed through sputtering, thermal evaporation, electron beam evaporation, or electroplating.
이후, 금속산화물층 상에 서로 이격되는 제1전극과 제2전극을 형성하는 단계(이하, b)단계)를 수행한다.Thereafter, a step (hereinafter referred to as step b) of forming a first electrode and a second electrode spaced apart from each other on the metal oxide layer is performed.
구체적으로, 먼저, a) 단계를 거쳐 금속산화물층이 형성된 기재에 제1전극 및 제2전극 형상 개구부를 갖는 섀도 마스크를 배치한다. 섀도 마스크는 개구부를 통해 증착용 재료들이 선택적으로 증착될 수 있도록 설계된 마스크로, 정밀한 형상의 전극부를 제조할 수 있다. 섀도 마스크는 메탈 섀도 마스크, PDMS 또는 PMMA와 같은 고분자 섀도 마스크 등을 사용할 수 있다.Specifically, first, a shadow mask having openings in the shape of the first electrode and the second electrode is placed on the substrate on which the metal oxide layer is formed through step a). The shadow mask is a mask designed to selectively deposit deposition materials through the openings, making it possible to manufacture electrode parts with precise shapes. The shadow mask can be a metal shadow mask, a polymer shadow mask such as PDMS or PMMA, etc.
이어서, 섀도 마스크가 배치된 기판 상에 금속을 전자빔으로 증착하여, 금속산화물층 상에 제1전극 및 제2전극을 형성한다. 금속은 구리, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 은, 금, 백금 및 팔라듐 등을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.Next, metal is deposited using an electron beam on the substrate on which the shadow mask is placed, thereby forming a first electrode and a second electrode on the metal oxide layer. Metals include, but are not limited to, copper, aluminum, nickel, titanium, silver, gold, platinum, and palladium.
그 다음, 제1전극과 제2전극이 이격된 영역에 팔라듐 나노입자층을 형성하는 단계(이하, c) 단계)를 수행한다.Next, the step (hereinafter, step c) of forming a palladium nanoparticle layer in the area where the first electrode and the second electrode are spaced apart is performed.
c)단계에서 팔라듐 나노입자층은 클러스터 및 분산된 입자형태의 팔라듐 나노입자가 증착되어 형성될 수 있다. 팔라듐 나노입자의 증착은 물리적 또는 화학적 방법을 이용할 수 있으며, 구체적인 예로, 스퍼터링법, 열증착법, 전자빔증착법, 전기도금법, 금속 수용액을 샘플 표면에 뿌리는 형식 등으로 증착할 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.In step c), the palladium nanoparticle layer may be formed by depositing palladium nanoparticles in the form of clusters and dispersed particles. Palladium nanoparticles can be deposited using physical or chemical methods. Specific examples include sputtering, thermal evaporation, electron beam evaporation, electroplating, and spraying an aqueous metal solution on the sample surface, but are not necessarily limited to these. That is not the case.
본 발명의 일 양태에 있어서, c) 단계에서, 팔라듐 나노입자층은 금속산화물층 표면의 일부영역에만 증착되어 형성될 수 있다.*?* 이에, 제1전극 및 제2전극이 이격된 영역의 금속산화물층 표면이 팔라듐 나노입자층과 접촉하는 제1영역과, 팔라듐 나노입자층과 접촉하지 않아 외부로 노출된 제2영역으로 구분될 수 있다.In one aspect of the present invention, in step c), the palladium nanoparticle layer may be formed by depositing only on a partial area of the surface of the metal oxide layer.*?* Accordingly, the metal in the area where the first electrode and the second electrode are spaced apart The surface of the oxide layer can be divided into a first region in contact with the palladium nanoparticle layer and a second region exposed to the outside because it does not contact the palladium nanoparticle layer.
그 다음, 상기 팔라듐 나노입자층 상에 비귀금속 나노입자층을 형성하는 단계(이하, d) 단계)를 수행한다.Next, the step of forming a non-precious metal nanoparticle layer on the palladium nanoparticle layer (hereinafter referred to as step d)) is performed.
d) 단계에서 비귀금속 나노입자층은 팔라듐 나노입자 층 상에 비귀금속 나노입자가 증착되어 형성될 수 있다. 비귀금속 나노입자의 증착은 물리적 또는 화학적 방법을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 스퍼터링법, 열증착법, 전자빔증착법, 전기도금법, 금속 수용액을 샘플 표면에 뿌리는 형식 등으로 증착할 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.In step d), the non-noble metal nanoparticle layer may be formed by depositing non-noble metal nanoparticles on the palladium nanoparticle layer. Non-noble metal nanoparticles can be deposited using physical or chemical methods, preferably by sputtering, thermal evaporation, electron beam evaporation, electroplating, or spraying an aqueous metal solution on the sample surface, but are limited to these. It doesn't work.
본 발명의 일 양태에 있어서, d) 단계에서 상기 비귀금속 나노입자층은, 상술한 제2영역에도 비귀금속 나노입자가 증착되어 형성될 수 있다. 이에, 금속산화물층 표면이 상술한 제1영역 및 제2영역 이외에 비귀금속 나노입자층과 접촉되는 제3영역 및 어떠한 입자도 접촉되지 않는 제4영역 중 어느 하나의 영역을 더 포함할 수 있다. 즉, d) 단계를 통해 금속산화물층 상에 제1 내지 제2영역외에 제3 내지 제4영역을 선택적으로 형성할 수 있으며, 이와 같은 제조방법은 더욱 더 우수한 민감도를 가지는 수소 가스 센서의 제작이 가능하다.In one aspect of the present invention, in step d), the non-noble metal nanoparticle layer may be formed by depositing non-noble metal nanoparticles also in the above-described second region. Accordingly, in addition to the first and second regions described above, the surface of the metal oxide layer may further include any one of a third region in contact with the non-noble metal nanoparticle layer and a fourth region not in contact with any particles. That is, through step d), the third to fourth regions in addition to the first to second regions can be selectively formed on the metal oxide layer, and this manufacturing method enables the production of a hydrogen gas sensor with even better sensitivity. possible.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 d) 단계 이후, e) 상기 팔라듐 나노입자층 및 상기 비귀금속 나노입자층을 열처리하는 단계(이하, e) 단계);를 더 포함할 수 있다. 이와 같은 열처리 단계를 더 포함하는 제조방법은 열적 안정성이 상승되며, 고온에서도 노이즈가 거의 없는 매우 안정적인 수소 가스 센싱이 가능할 수 있다. In an example of the present invention, after step d), e) heat treating the palladium nanoparticle layer and the non-noble metal nanoparticle layer (hereinafter referred to as step e)) may be further included. A manufacturing method that further includes such a heat treatment step increases thermal stability and may enable very stable hydrogen gas sensing with little noise even at high temperatures.
e)단계에서 열처리 단계는 제조된 수소 가스 센서를 상온(20±5℃) 보다 높은 온도를 가할 수 있는 방법이라면 한정되지 않는다. 구체적으로, 일정한 온도를 유지하는 오븐 또는 핫플레이트 등과 같은 가열장치에 보관하여 수행될 수 있다. The heat treatment step in step e) is not limited as long as it is a method that can apply a temperature higher than room temperature (20 ± 5°C) to the manufactured hydrogen gas sensor. Specifically, it can be performed by storing it in a heating device such as an oven or hot plate that maintains a constant temperature.
열처리는 팔라듐 나노입자층의 팔라듐 또는 비귀금속 나노입자층의 비귀금속 고유의 녹는점 보다 낮은 온도 하에 수행될 수 있다. 구체적으로, 열처리 온도는 1000℃ 이하, 유리하게 80 내지 500℃, 더욱 유리하게 100 내지 300℃ 온도에서 수행될 수 있다. 상기 범위에서 비교적 단시간 내에 열적 안정도가 높은 수소 가스 센서의 제작이 가능할 수 있다. The heat treatment may be performed at a temperature lower than the inherent melting point of the palladium of the palladium nanoparticle layer or the non-noble metal of the non-noble metal nanoparticle layer. Specifically, the heat treatment may be carried out at a temperature below 1000°C, advantageously between 80 and 500°C, more advantageously between 100 and 300°C. Within the above range, it may be possible to manufacture a hydrogen gas sensor with high thermal stability within a relatively short time.
열처리 시간은 특별히 한정되지 않으나, 1 내지 100시간, 상세하게 10 내지 50시간 동안 수행될 수 있다. The heat treatment time is not particularly limited, but may be performed for 1 to 100 hours, specifically 10 to 50 hours.
본 발명의 일 예에 있어서, 상기 e) 단계 이후, f) 상기 비귀금속 나노입자층 상에 고분자층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In an example of the present invention, after step e), f) forming a polymer layer on the non-noble metal nanoparticle layer may be further included.
f) 단계에서 고분자층은 상술한 센싱부 상에 액상의 고분자수지가 코팅되어 형성될 수 있다. 구체적으로 고분자수지는 아크릴레이트계 고분자 수지 또는 비닐계 고분자 수지일 수 있으나, 폴리메타크릴레이트 수지인 것이 유리하다. In step f), the polymer layer may be formed by coating the above-described sensing unit with a liquid polymer resin. Specifically, the polymer resin may be an acrylate-based polymer resin or a vinyl-based polymer resin, but it is advantageous for it to be a polymethacrylate resin.
고분자층의 두께는 50 내지 500nm일 수 있으며, 구체적으로는 100 내지 300nm일 수 있다. 고분자층이 해당 두께를 가짐에 따라 더욱 수소 가스 센싱의 민감성이 높아지게된다. The thickness of the polymer layer may be 50 to 500 nm, specifically 100 to 300 nm. As the polymer layer has a corresponding thickness, the sensitivity of hydrogen gas sensing increases.
바람직하게 고분자 수지는 스핀코팅, 스프레이코팅, 나이프코팅, 롤 코팅을 통해 도포될 수 있으며, 이에 한정되지 않고 당업계에 알려진 다양한 방법으로 코팅될 수 있다. 고분자수지는 수지 종류에 따라 다양한 방법으로 경화될 수 있다. 비한정적인 일 구체예로 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 수지의 경우 용매에 용해된 용액을 도포한 후, 용매를 증발시킴으로써 경화될 수 있다. 구체적으로, d)단계는 용매에 용해된 폴리메틸메타크릴레이트를 금속 나노입자층 상에 도포 및 건조하는 단계;를 포함하여 수행될 수 있다. 이때, 용매는 할로겐화 알콕시 벤젠 화합물일 수 있다. 할로겐은 염소, 플루오르 및 브롬일 수 있다. 일 예로, 할로겐화 알콕시 벤젠 화합물은 아니솔(CH3OC6H5)일 수 있다. 이와 같은 용매를 통해 제조되는 고분자층은 비다공질 폴리메틸메타크릴레이트으로, 상술한 바와 같이, 수소 가스의 선택성을 매우 높일 수 있다. Preferably, the polymer resin can be applied through spin coating, spray coating, knife coating, or roll coating, but is not limited to this and can be coated by various methods known in the art. Polymer resin can be hardened in various ways depending on the type of resin. As a non-limiting example, polymethyl methacrylate (PMMA) resin can be cured by applying a solution dissolved in a solvent and then evaporating the solvent. Specifically, step d) may be performed including applying and drying polymethyl methacrylate dissolved in a solvent on the metal nanoparticle layer. At this time, the solvent may be a halogenated alkoxy benzene compound. Halogens can be chlorine, fluorine, and bromine. For example, the halogenated alkoxy benzene compound may be anisole (CH3OC6H5). The polymer layer produced using such a solvent is non-porous polymethyl methacrylate, and as described above, the selectivity of hydrogen gas can be greatly increased.
이하, 본원에 대하여 실시예를 이용하여 좀더 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본원의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 본원의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present application will be described in more detail using examples. However, the following examples are merely illustrative to aid understanding of the present application, and the content of the present application is not limited to the following examples.
(실시예 1)(Example 1)
도 1에 도시된 수소 가스 센서를 제조하였다. 세척된 silicon wafer 기판(두께 : 500-550um, 비저항 : <0.005 ohm, SiO2두께 : 3000A (Dry))에 액상의 폴리이미드(polyimide,PI) 수지를 스핀코팅(1000rpm, 30초)한 후, 단계별로 온도를 높여가며 베이킹하여 유연기판을 제조하였다. 각 단계는 60, 80, 150, 230 및 300℃ 온도로 수행되었으며, 각 단계는 30분간 진행되었으나, 마지막 300℃ 온도는 1시간동안 수행되었다.The hydrogen gas sensor shown in Figure 1 was manufactured. After spin coating (1000 rpm, 30 seconds) liquid polyimide (PI) resin on the cleaned silicon wafer substrate (thickness: 500-550um, resistivity: <0.005 ohm, SiO2 thickness: 3000A (Dry)), A flexible substrate was manufactured by baking while increasing the temperature. Each step was performed at temperatures of 60, 80, 150, 230, and 300°C, and each step lasted 30 minutes, with the final temperature of 300°C lasting 1 hour.
제조된 유연기판 상에 2-methoxyethanol을 용매로 한 0.1M SnCl2 용액을 스핀코팅 진행(3,000rpm, 60초) 후 280℃ 에서 4시간동안 어닐링하여 SnO2층을 형성하였다. 그 다음, 섀도 마스크를 통해 Al을 두께 90nm, 너비 1000㎛로 증착하여 제1,2전극을 형성하였다. 이때, 제1,2전극의 이격거리는 200㎛였다. 그 다음 Pd를 thermal evaporator 이용하여 0.1 Å/s 의 속도로 증착한 후, Al을 thermal evaporator 이용하여 0.1 Å/s의 속도로 증착하였다. Pd원자 : Al 원자 비는 7 : 3이었다. A 0.1M SnCl2 solution using 2-methoxyethanol as a solvent was spin coated on the manufactured flexible substrate (3,000 rpm, 60 seconds) and then annealed at 280°C for 4 hours to form a SnO2 layer. Next, Al was deposited to a thickness of 90 nm and a width of 1000 μm through a shadow mask to form the first and second electrodes. At this time, the separation distance between the first and second electrodes was 200㎛. Next, Pd was deposited at a rate of 0.1 Å/s using a thermal evaporator, and then Al was deposited at a rate of 0.1 Å/s using a thermal evaporator. The Pd atom:Al atom ratio was 7:3.
그 다음, 40mg/ml의 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate: PMMA)를 1차 스핀코팅 (500rpm, 5초)한 후, 2차 스핀코팅(4000rpm, 30초)한 다음 175℃에서 10분간 열처리하여 PMMA층을 형성하여 수소 가스 센서를 제조하였다Next, 40 mg/ml polymethyl methacrylate (PMMA) was first spin-coated (500 rpm, 5 seconds), followed by second spin-coating (4000 rpm, 30 seconds), followed by heat treatment at 175°C for 10 minutes. A hydrogen gas sensor was manufactured by forming a PMMA layer.
(실시예 2)(Example 2)
비귀금속 나노입자로 Cr을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 수소 가스 센서를 제조하였다. A hydrogen gas sensor was manufactured in the same manner as Example 1, except that Cr was used as the non-noble metal nanoparticle.
도 3을 참조하면, 실시예 1의 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate: PMMA)의 표면 주사현미경 사진(SEM)이 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, PMMA 고분자층의 표면은 비다공질임과 동시에 평탄 표면을 가짐을 확인할 수 있었다. 그러나 용매로서 아세톤, 테트라하이드로퓨란 및 디메틸포름아마이드를 사용하여 제조된 PMMA 고분자층의 표면은 다공성을 나타내거나 표면이 평탄하지 않은 것으로 나타났고(도면 미도시), 수소 가스 센서의 검지테스트에서도 좋지 않은 감도를 나타내었다. 그에 반해 실시예 1은 가장 좋은 감도를 나타내어 비다공질 및 평탄 표면을 가지는 고분자층을 가지는 실시예 1 및 실시예 2의 수소 가스 센서를 이용하여 후속적인 수소 가스 검지테스트를 수행하였다. Referring to Figure 3, a scanning micrograph (SEM) of the surface of polymethyl methacrylate (PMMA) of Example 1 is shown. As shown, it was confirmed that the surface of the PMMA polymer layer was non-porous and had a flat surface. However, the surface of the PMMA polymer layer manufactured using acetone, tetrahydrofuran, and dimethylformamide as solvents was found to be porous or not flat (not shown), and the detection test of the hydrogen gas sensor showed poor performance. Sensitivity was shown. On the other hand, Example 1 showed the best sensitivity, so a subsequent hydrogen gas detection test was performed using the hydrogen gas sensors of Examples 1 and 2, which had a polymer layer with a non-porous and flat surface.
(실험예 1) 검지테스트(Experimental Example 1) Detection test
가스 검지 특성은 MFC 시스템이 있는 MSTECH 프로스테이션의 반도체 매개변수 분석기(B15000A, Agilent)를 사용하여 측정하였다. 수소 가스 센서는 가스 튜브 아래 약 1 cm 거리에 위치시키고, 요구되는 농도의 가스에 직접적으로 노출시켰다. 수소 가스 검지 테스트는 상온에서 진행하였다. MFC를 이용해서 H2 gas(100 ppm, 1%, 10% in N2)와 dry air를 혼합하여 원하는 농도의 수소 가스를 제작하였다. 검지 특성은 수소 가스에 노출되기 전과 후의 수소 가스 센서의 전류비교를 통해 나타내었다. Gas detection characteristics were measured using a semiconductor parameter analyzer (B15000A, Agilent) of the MSTECH Prostation with MFC system. The hydrogen gas sensor was placed approximately 1 cm below the gas tube and directly exposed to the required concentration of gas. The hydrogen gas detection test was conducted at room temperature. Using MFC, H2 gas (100 ppm, 1%, 10% in N2) and dry air were mixed to produce hydrogen gas of the desired concentration. Detection characteristics were expressed through comparison of the current of the hydrogen gas sensor before and after exposure to hydrogen gas.
도 4 및 도 5를 참조하면, 실시예의 수소 가스 센서는 수소 농도에 비례하여 비교적 선형적으로 감도가 증가하는 점을 확인 할 수 있었다.Referring to Figures 4 and 5, it was confirmed that the sensitivity of the hydrogen gas sensor of the example increases relatively linearly in proportion to the hydrogen concentration.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. As described above, the present invention has been described with specific details, limited embodiments, and drawings, but these are provided only to facilitate a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments, and the present invention Anyone skilled in the art can make various modifications and variations from this description.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다. Accordingly, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and the scope of the patent claims described below as well as all modifications that are equivalent or equivalent to the scope of this patent claim shall fall within the scope of the spirit of the present invention. .
1: 수소 가스 센서
100 : 기재
310: 금속산화물층
321: 제1전극
322: 제2전극
350 : 팔라듐나노입자
370: 비귀금속나노입자층
500: 고분자층1: Hydrogen gas sensor 100: Base material
310: metal oxide layer 321: first electrode
322: Second electrode 350: Palladium nanoparticles
370: Non-precious metal nanoparticle layer 500: Polymer layer
Claims (20)
상기 기재 상 위치하는 금속산화물층;
상기 금속산화물층 상 서로 이격 위치하는 제1전극과 제2전극;
상기 제1전극과 제2전극 사이에 위치하는 팔라듐 나노입자층; 및
상기 제1전극과 제2전극 사이에 위치하되, 상기 팔라듐 나노입자층 상에 위치하는 비금속 나노입자층;
을 포함하는 수소 가스 센서.
write;
A metal oxide layer located on the substrate;
A first electrode and a second electrode positioned spaced apart from each other on the metal oxide layer;
A palladium nanoparticle layer located between the first electrode and the second electrode; and
A non-metallic nanoparticle layer located between the first electrode and the second electrode, and located on the palladium nanoparticle layer;
A hydrogen gas sensor containing a.
상기 팔라듐 나노입자층은 상기 비귀금속 나노입자층과 접촉하는 영역과 접촉하지 않는 영역을 포함하는 수소 가스 센서.
According to paragraph 1,
The palladium nanoparticle layer is a hydrogen gas sensor including a region that is in contact with the non-noble metal nanoparticle layer and a region that is not in contact.
상기 팔라듐 나노 입자층에 함유된 팔라듐 : 상기 비귀금속 나노입자층에 함유된 비귀금속 나노입자의 몰비는 1 : 0.2 내지 1 : 1인 수소 가스 센서
According to paragraph 1,
A hydrogen gas sensor in which the molar ratio of palladium contained in the palladium nanoparticle layer to the non-noble metal nanoparticle contained in the non-noble metal nanoparticle layer is 1:0.2 to 1:1.
상기 비귀금속 나노입자층의 비귀금속은 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 구리(Cu), 코발트(Co), 니켈(Ni) 또는 이들의 조합인 수소 가스 센서.
According to paragraph 1,
The non-noble metal of the non-noble metal nanoparticle layer is aluminum (Al), chromium (Cr), copper (Cu), cobalt (Co), nickel (Ni), or a combination thereof.
상기 비귀금속 나노입자층 상에 형성되는 고분자층을 더 포함하는 수소 가스 센서.
According to paragraph 1,
A hydrogen gas sensor further comprising a polymer layer formed on the non-noble metal nanoparticle layer.
상기 고분자층의 고분자는 아크릴레이트계 고분자 또는 비닐계 고분자인 수소 가스 센서.
According to clause 5,
A hydrogen gas sensor in which the polymer of the polymer layer is an acrylate-based polymer or a vinyl-based polymer.
상기 고분자층의 고분자는 폴리메틸메타크릴레이트인 수소 가스 센서.
According to clause 6,
A hydrogen gas sensor in which the polymer of the polymer layer is polymethyl methacrylate.
상기 고분자층은 비다공질 고분자층인 수소 가스 센서.
According to clause 5,
A hydrogen gas sensor wherein the polymer layer is a non-porous polymer layer.
상기 기재는 유연기판 또는 수축필름인 수소 가스 센서.
According to paragraph 1,
A hydrogen gas sensor where the substrate is a flexible substrate or shrink film.
상기 금속산화물 층의 금속은 갈륨(Ge), 인듐(In), 주석(Sn) 및 이들의 합금으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나인 수소 가스 센서.
According to paragraph 1,
The metal of the metal oxide layer is a hydrogen gas sensor selected from the group consisting of gallium (Ge), indium (In), tin (Sn), and alloys thereof.
A method for detecting hydrogen gas using the hydrogen gas sensor according to any one of claims 1 to 10.
(b) 상기 기재와 접하지 않는 금속산화물층 일면에 서로 이격되는 제1전극과 제2전극을 형성하는 단계;
(c) 상기 제1전극과 제2전극이 이격된 영역에 팔라듐 나노입자층을 형성하는 단계;
(d) 상기 팔라듐 나노입자층 상에 비귀금속 나노입자층을 형성하는 단계;를 포함하는 수소 가스 센서의 제조방법.
(a) forming a metal oxide layer on one side of the substrate;
(b) forming a first electrode and a second electrode spaced apart from each other on one surface of the metal oxide layer that is not in contact with the substrate;
(c) forming a palladium nanoparticle layer in an area where the first electrode and the second electrode are spaced apart;
(d) forming a non-noble metal nanoparticle layer on the palladium nanoparticle layer.
상기 (c) 단계에서, 상기 팔라듐 나노입자층은 상기 금속산화물층 표면의 일부영역에 증착되어 형성되는 수소 가스 센서의 제조방법.
According to clause 12,
In step (c), the palladium nanoparticle layer is formed by depositing on a partial area of the surface of the metal oxide layer.
상기 (d)단계에서, 상기 비귀금속 나노입자층은 상기 팔라듐 나노입자층 및 상기 금속산화물층 표면의 일부영역에 증착되어 형성되는 수소 가스 센서의 제조방법.
According to clause 12,
In step (d), the non-noble metal nanoparticle layer is deposited on a partial area of the surface of the palladium nanoparticle layer and the metal oxide layer to form a hydrogen gas sensor.
상기 (d)단계 이후, (e) 상기 팔라듐 나노입자층 및 상기 비귀금속 나노입자층을 열처리하는 단계;를 더 포함하는 수소 가스 센서의 제조방법.
According to clause 12,
After step (d), (e) heat treating the palladium nanoparticle layer and the non-noble metal nanoparticle layer.
상기 (e) 단계에서, 상기 열처리는 상기 팔라듐 또는 상기 비귀금속 나노입자의 녹는점보다 낮은 온도 하에 수행되는 수소 가스 센서의 제조방법
According to clause 13,
In step (e), the heat treatment is performed at a temperature lower than the melting point of the palladium or the non-noble metal nanoparticles.
상기 열처리 온도는 80 내지 500 ℃인 수소 가스 센서의 제조방법.
According to clause 15,
A method of manufacturing a hydrogen gas sensor wherein the heat treatment temperature is 80 to 500 °C.
상기 (e)단계 이후, (f) 상기 비귀금속 나노입자층 상에 고분자층을 더 형성하는 단계;를 더 포함하는 수소 가스 센서의 제조방법.
According to clause 15,
After step (e), (f) further forming a polymer layer on the non-noble metal nanoparticle layer.
상기(f) 단계는 용매에 용해된 폴리메틸메타크릴레이트를 상기 비귀금속 나노입자층 상에 도포 및 건조하는 단계를 포함하는 수소 가스 센서의 제조방법.
According to clause 18,
Step (f) is a method of manufacturing a hydrogen gas sensor comprising applying and drying polymethyl methacrylate dissolved in a solvent on the non-noble metal nanoparticle layer.
상기 (f) 단계에서 상기 용매는 할로겐화 알콕시 벤젠 화합물인, 수소 가스 센서의 제조방법.
According to clause 18,
In step (f), the solvent is a halogenated alkoxy benzene compound.
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KR20160074291A (en) | 2014-12-18 | 2016-06-28 | 울산대학교 산학협력단 | Hydrogen sensor based on platinum/palladium-graphene hybrid and method of fabricating the same |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal |