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졸-겔 박막기법에 의한 상용 나노기공 습도센서 개발

전문가 제언: ○ 습도 센서는 여러 산업분야에 응용되는데 식품산업, 전자산업, 섬유산업 및 의료 산업 등이다. 습도 센서는 저항 및 커패시턴스에 의한 센서가 일반적이다. 저항 습도 센서는 보통 금 전극 세라믹 기판에 습도 감도(moisture-sensitive) 및 도전성 재료로 구성된다. 소자저항은 상대습도의 변화에 지수적으로 변한다. 커패시턴스 습도 센서는 커패시터의 유전체를 구성하는 비도전성 재료에 기초한 것으로 필름의 유전체 상수는 습기의 흡수에 따라 변하고 센서커패시턴스는 상대습도의 변화에 비례하여 변한다.

○ 나노기공(nano-pore) 습도 센서는 미세기공 내 물 흡착(capillary condensation)으로 인해 매우 높은 민감도를 갖는 저항 또는 커패시턴스 변화를 검출한다. 또한 습도 센싱에는 알루미나 및 세라믹 미세기공 재료를 사용한 연구가 보고되고 있다. 그러나 세라믹 습도센서는 민감도가 충분치 않고, 낮은 가역성 및 장시간 사용에 따른 드리프트가 문제가 되고 있다. 또 다른 센서 재료로서 폴리아미드 필름이 많이 사용되지만 흡수에 따라 팽창되어서 민감도가 떨어진다.

○ 따라서 최근에 sol-gel 박막기법에 의한 나노기공 알루미나 박막 센서가 습도 센서로서 연구 개발되고 있다. 그런데 이러한 sol-gel 기법은 저렴하고 저온 기법으로 제품의 화학성분을 정밀하게 제어하게 한다. 따라서 세라믹 공정과 금속산화물의 박막제작에 이용된다. sol-gel로 만든 재료는 여러 응용분야가 있는데 즉, 광학, 전자, 에너지, 우주항공, 바이오센서, 의학 분야 및 분석기술(chromatography) 등이다.

○ 이 글에서 기술한 나노기공 습도 센서는 기존 폴리머에 의한 습도 센서로는 측정이 어려운 극미량의 습도(trace moisture)를 측정할 수 있다. 또한 센싱 재료도 sol-gel 박막기법으로 제작하여 기존의 박막기법에 비하여 경제적일 뿐 아니라 성능도 기존 습도 센서와 비교하여 손색이 없기 때문에 앞으로 상용화가 기대되는 기술이다.

저자: Debdulal Saha, Santanu Das, Kamalendu Sengupta
자료유형: 학술정보