요약
이 기술은 화석 연료 연소 및 자동차 배기가스에서 발생하는 NO2 가스를 정확하게 검출할 수 있는 가스 센서를 개발하는 데 초점을 맞추고 있습니다. NO2는 인체에 유해한 질병을 유발할 수 있어, 건강 및 환경 보호를 위해 정확한 검출이 필수적입니다. 기술의 핵심은 ZnO, SnO2 및 NiCr로 구성된 이중층을 사용하여 센서의 감도와 반응성을 높이고, 가스 선택성과 안정성을 증대시키는 것입니다. 실험 결과, 센서는 높은 반응성과 장기간 안정성을 보여줬으며, 다양한 대기 오염 모니터링 및 관리 시스템에 적용할 수 있어 환경 개선에 크게 기여할 것으로 기대됩니다.
기본 정보
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특허명: NO2 가스 센서 및 그 제조 방법
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발명자: 명재하 교수
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출원번호: 10-2021-0055057
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등록번호: 10-2529973
상세 정보
발명의 배경과 필요성
기술의 배경
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NO2(질소 산화물)은 화석 연료 연소 및 자동차 배기가스에서 발생하며, 매우 낮은 농도에서도 인체에 치명적인 질병을 일으킬 수 있음.
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NO2 가스의 검출을 위해 금속 산화물 반도체(MOS) 기반의 가스 센서가 사용됨. 대표적으로 WO3, In2O3, NiO, ZnO, SnO2 등이 있음.
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그러나 MOS 기반의 센서는 높은 생산성과 가스 선택성에 대한 문제로 인해 개발이 어려웠음.
기술의 필요성
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건강 및 환경 보호를 위해서는 NO2 가스의 정확한 검출이 필요함. 기존 센서의 문제점은 불순물로 인한 오염과 불량 발생 등임.
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전이 금속의 도핑, 귀금속 촉매의 로딩, 이종 금속 산화물 개발 등으로 센서의 성능 향상이 요구됨.
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이중층 구조의 센서를 통해 센서의 반응성, 선택성, 재현성 및 안정성 향상을 도모함.
구현방법
기술의 원리
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본 발명의 NO2 가스 센서는 ZnO, SnO2 및 NiCr로 구성된 이중층을 포함함. 이를 통해 센서의 감도와 반응성을 높일 수 있음.
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각 층의 물질 조합을 통해, 서로 다른 가스에 대한 선택성과 안정성을 구현함.
구체적인 구현 방법
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전극을 형성하기 위해 스퍼터링 공정을 사용하여 전극 물질을 증착함. 전극 물질로는 백금(Pt)을 사용함.
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ZnO와 SnO2 스퍼터링 타겟을 사용하여 스퍼터링 증착 후 열처리를 통해 고정함.
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기저압력과 증착 압력을 조절하여 공정 중 청정한 고진공 상태를 유지함.
실험 및 결과
실험의 목적
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본 발명의 NO2 가스 센서의 작동 성능을 확인하기 위해 다양한 실험을 수행함. 주 목적은 센서의 반응성과 장기 안정성을 평가하는 것임.
실험 방법 및 과정
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SnO2/ZnO와 NiCr/SnO2 이중층 구조의 센서를 제조하여, 150 ℃에서 100 ppm NO2 농도로 가스 반응성을 측정함.
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SEM과 XRD를 통해 제조된 센서의 모폴로지와 결정 구조를 확인함.
실험 결과
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150 ℃의 작동 온도에서 높은 반응성을 보여줌. 또한, 60일 동안 장기 안정성을 평가한 결과, 반응성 감소가 매우 적었음을 확인함.
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NO2 가스 외에도 NH3, C2H5OH, H2, H2S 가스와의 선택성 실험 결과, NO2에만 높은 반응성을 나타냄.
발명의 활용 방안
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본 발명의 NO2 가스 센서는 자동차 배기가스 측정, 산업 현장의 대기 오염 모니터링, 실내 공기 질 관리 등 다양한 분야에 활용될 수 있음.
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주요 적용 분야는 대기 오염이 문제가 되는 산업 지역, 교통량이 많은 도심 지역 등이 있으며, 이를 통해 공기 질 개선에 기여할 수 있음.
기대효과
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본 발명의 NO2 가스 센서는 높은 감도와 정확성으로 환경 개선에 크게 기여할 것으로 기대됨. 또한, 장기간 안정성을 유지함으로써 유지 보수 비용을 절감할 수 있음.
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대기 오염 모니터링 시스템과 같은 환경 보호 설비에 본 센서가 적용될 경우, 실시간 데이터 확보를 통해 더욱 효율적인 환경 관리가 가능해짐.
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