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ZnO(Ca) 나노분말의 우수한 CO2센서 특성

전문가 제언: ○ Ca도핑이 된 ZnO(CZO) 나노분말의 결정은 ZnO 결정이 약간 변형된 육각형 우르츠광구조를 갖는다. CZO 나노입자의 두꺼운 층을 갖는 저항방식 디바이스는 CO2에 대해 우수한 전기적 센서 특성을 갖는다. 이 화학적 반응에 대한 분석은 고유진동수로 측정하는 FTIR 방식에 의해서 관찰이 된다. 간단한 나노구조의 금속산화물 반도체에 기초한 CZO 센서는 저렴하게 생산이 가능하므로 종래의 비분산적외선 흡수방법(ND-IR)을 대체할 수 있는 장점을 가진다.

○ 본 실험에서는 0.25%(2,500ppm)∼1%(10,000) 영역의 CO2에 대해서 가스반응(S)을 측정하였다. 종래의 NDIR 방식으로 시판되고 있는 센서의 분해능수준은 1ppm 정도로 Ca도핑 ZnO 나노분말 방식도 분해능이 향상되어야 한다. Ca/Zn 원자비가 0.01∼0.05 범위에서 증가할 때 S는 선형적으로 증가한다. 따라서 Ca/Zn 원자비를 0.05∼0.2까지 증가할 때 S의 최대치를 얻고 Ca/Zn 원자비를 최적화해서 1ppm 정도의 분해능 및 신뢰성 확인이 필요하다.

○ 국내외 발표논문은 CO2가스 센서에 대한 개발보다는 센서 활용에 관계하는 기술개발이 활발한 편이다. 일본의 재료과학연구소는 저렴하게 생산할 수 있는 저항 멤브레인히터를 갖는 열방사체(3.95, 4.26μm)를 발표했다(Sci.Tech.Adv.Mat. 16(2015)035005). 벨기에 농수산연구소는 NDIR 방식 센서를 사용해서 자연적으로 환기되는 가축축사에서 CO2 측정 공간 모니터로 활용하였다. (Sensor 15(2015)11239).

○ 국내외 다수의 기업들이 NDIR 방식으로 CO2가스 센서를 제품화해서 판매하고 있다. 미국의 AOJ사의 S9600 모델은 측정분해능이 1ppm, 응답시간 35sec 특성을 갖고 있다. 국내의 해영정밀의 PEMS200D 모델은 표준연구원과 공동으로 개발한 것으로 CO2의 측정범위가 0.1∼100%이다. 종래의 NDIR 방식의 FTIR 분석방법은 CO2를 포함한 측정 가스종류의 선별이 가능하다. 그러나 CZO센서는 가스선별이 가능하지 않으나 CO2가스 측정전용으로 쉽고 간단하게 측정할 수 있으며 저렴하게 센서를 제작할 수 있어 시장에서 경쟁력을 가질 것이다.

저자: R. Dhahri, et al.
자료유형: 니즈학술정보