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낮은 온도에서 작동하는 NOx 가스검출용 탄소나노튜브-기초 가스센서

전문가 제언: ○ CNT의 높은 전기전도도, 역학적강도, 높은 길이-지름 비, 넓은 표면적, 흡착능력 등은 전자소자와 가스감지물질로서 큰 관심을 끌었다. 최근 공기오염과 그 모니터링의 관심도 인간생활에서 증대되고 있다. NO와 NOx같은 산화질소들은 환경문제를 야기하는 전형적인 공기오염물질이다. 의학과 그 기초연구분야에서 낮은 농도의 NO와 NO2가스검출을 위한 고감도의 저렴한 NOx가스센서 개발이 필요하게 되었다.

○ CNT는 빠른 응답과 선택성을 갖는 낮은 온도에서 현저한 고감도를 갖는 새로운 가스감지물질로 기대된다. CNT를 사용한 가스센서로 CNT가 분석하는 가스를 이온화하기 위하여 전계방출전극으로서 사용되는 가스이온화센서는 높은 가스선택성과 감도를 갖는다.

○ 다른 형태의 CNT가스센서로서 가스흡착물질로 탄소나노각질을 사용하는 가스센서는 실온에서 극도로 높은 감도와 빠른 응답 및 집적회로와 적합성을 가진다. 전기전도성의 변화에 기초한 SWCNT가스센서의 메커니즘은, 산화제를 흡수한 SWCNT의 전기전도도는 SWCNT 표면과 흡착된 가스분자 간에 전하이동의 변화로 설명할 수 있다.

○ NO가스센서를 제조하기 위하여 CNT는 Pt 맞물린 전극들을 가진 Al2O3 세라믹기판 위에 석출되었다. 이 방법에서 Al완충 층과 촉매 Fe박막은 스퍼터링법으로 제조되고 CNT는 열CVD법으로 그 박막위에 성장되었다. NO와 NO2가스들 존재에서 그 제조된 가스센서의 저항변화가 측정될 수 있으며, 그것은 산화질소가스들의 농도측정에 대응된다. CNT가스센서에 UV광 조사는 상온에서 흡착된 가스분자를 탈착시켜 저항을 복원시킨다.

○ 상온에서 작동하는 NOx가스검출을 위한 MWCNT-기초 가스센서는 Al2O3 세라믹기판위에 CNT석출과 Al/Fe박막은 스퍼터링법으로 제조되고, UV광 조사로 센서감지성을 회복하였다. 개발된 이 센서는 공기오염물질 검출은 물론 의학적 진단에도 활용이 기대되며, 그 특별한 개발과정의 기법과 정확한 감지메커니즘은 어떤 특수목적을 갖는 혁신적인 센서들의 디자인과 개발 제작에 크게 활용될 전망이다.

저자: T. Ueda, M.M.H. Bhuiyan, H. Norimatsu, S. Katsuki, T. Ikegami, F. Mitsugi
자료유형: 학술정보