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Pt 코팅된 MWCNTs/ZnO 나노구조의 수소가스 센서

전문가 제언: ○ ZnO나노입자를 가진 다중벽 탄소나노튜브(multiwalled cabon nanotubes: MWCNTs)로 수소가스센서를 제작하였다. 백금(Pt)나노입자를 MWCNTs/ZnO 표면에 스퍼터로 코팅하여 우수한 수소가스 민감성을 얻었다. 이 센서는 실온에서 약 78초의 낮은 회복시간과 0.05%의 수소가스 농도 측정에 대해 재현성이 우수하다. 1%농도 수소가스에 대한 MWCNTs/ZnO/Pt 민감도는 4.2%로 MWCNTs/ZnO의 1.6%에 비해 높다. 하이브리드 나노구조로 낮은 농도의 수소가스측정은 처음이다

○ WCNTs/ZnO/Pt 나노구조는 탄소나노튜브에서 홀-전자 재결합에 의한 저항 변화를 이용하여 센서로 활용된다. 백금 나노입자의 크기는 H2 분자의 해리의 중요한 역할을 한다. 센서 감지능력 증가는 표면적/부피 비의 비례하므로 백금의 크기가 작으며 표면적이 커져서 감지도가 높아진다. 백금 입자의 크기를 작게 하기 위해서 저 전압 스퍼터링 방식의 공정을 적용하는 기술이 요구된다.

○ 수소는 미래청정연료나 주요 공업 등에 각광을 받으나 폭발가능성 (농도 4%~75%)이 있다. 배관 등에서 누출가능성을 고려해서 실온의 낮은 농도(1%이하)에서 신뢰성이 높은 수소센서가 요구된다. 반도체 공정을 이용하는 수소센서에 대한 연구는 국내외적으로 활발하다(한국재료학회, 24(2014)532). M. Eryur는 palladim 코팅된 polymer 마이크로센서를 이용해서 0.3%~4% 수소가스에 측정했고 1% H2에 대한 반응 시간은 50초로 보고했다(Sen. Actur. B Chemical 212(2015)78).

○ 세계 센서시장은 2012년 976억불, 2020년 1,417억불로 사물인터넷(IOT)시대에 센서분야는 차세대 성장 동력으로 연평균 9.4% 성장이 예상된다. 국내 센서전문기업은 대부분 중소기업으로 부품은 수입에 의존한다. 정부는 수소센서를 포함한 센서산업육성을 위해 6년간 1508억불 투입하기로 했다(산업통상부 2014년3월발표). 센서는 IT산업뿐 아니라 첨단산업의 핵심부품이다. 한국 세계적인 반도체 기술을 중소기업이 활용하는 협력구조의 활성화로 수소센서를 포함하여 센서 산업의 경쟁력을 높일 수 있을 것이다.

저자: Shivani Dhall, et al.
자료유형: 니즈학술정보