KR102108043B1 - Flexible gas sensor and manufacturing method of thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이황화몰리브덴 박막; 및 상기 이황화몰리브덴 박막 상에 위치하는 탄소나노튜브를 포함하는 유연 가스센서에 관한 것으로, 본 발명에 의한 유연 가스센서는 유연성 및 광투과도가 우수한 장점이 있다.The present invention is a molybdenum disulfide thin film; And it relates to a flexible gas sensor comprising a carbon nanotube located on the molybdenum disulfide thin film, the flexible gas sensor according to the present invention has the advantage of excellent flexibility and light transmittance.
Description
본 발명은 이황화몰리브덴 박막 및 탄소나노튜브층을 포함하여 유연성이 현저히 우수하면서도 감지감도가 우수한 가스센서에 관한 것이다.The present invention relates to a gas sensor including a molybdenum disulfide thin film and a carbon nanotube layer having excellent flexibility and excellent sensitivity.
최근 공장 매연배출, 자동차 배기가스 등의 대기 오염 문제가 환경 관련 이슈 중 가장 중요한 이슈로 대두되고 있다. 이러한 대기오염의 원인, 발생량 등을 모니터링 하고 이를 통하여 오염원을 저감하기 위하여 오염원을 감지할 수 있는 센서에 관한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 나아가 최근 다양한 전자기기들의 웨어러블화 경향에 따라, 유연성과 내구성이 우수하고, 투명한 소재로 광투과도가 우수한 센서에 대한 연구가 증가하는 추세이다. Recently, air pollution problems such as exhaust emissions from factories and automobile emissions have emerged as the most important environmental issues. In order to monitor the cause and amount of air pollution and to reduce the pollutant through this, research on sensors capable of detecting the pollutant has been actively conducted, and recently, flexibility and durability have been improved according to the wearable tendency of various electronic devices. There is an increasing trend in research on sensors that are excellent and transparent and have excellent light transmittance.
이러한 센서들 중 탄소 재료 기반 화학센서는 우수한 감도에 비해 특정 가스에 대한 선택성이 낮은 문제가 있으며, 전이금속 칼코겐 화합물 기반의 센서는 탄소 재료에 비해 선택성이 우수한 장점이 있으나, 유연성 및 대면적화가 어려운 문제점이 있다. Among these sensors, a chemical sensor based on carbon materials has a problem of low selectivity to a specific gas compared to excellent sensitivity, and a sensor based on a transition metal chalcogen compound has an advantage of superior selectivity compared to a carbon material, but has flexibility and large area. There are difficult problems.
이러한 문제점의 극복을 위하여 전이금속 칼코겐 화합물과 탄소 기반 나노물질의 복합 나노구조로 연구방향이 전환되고 있으며, 이러한 복합 나노 구조의 탄소물질은 주로 그래핀과 함께 사용되었다. 그러나 이러한 경우 높은 감응도를 나타내는 장점이 있으나, 유연 기기에 적용 시 내구성 및 광투과도에 한계가 있는 문제점이 있다.To overcome this problem, the research direction is shifting to a composite nanostructure of a transition metal chalcogen compound and a carbon-based nanomaterial, and this composite nanostructured carbon material was mainly used with graphene. However, in this case, there is an advantage of exhibiting high sensitivity, but when applied to a flexible device, there is a limitation in durability and light transmittance.
본 발명은 가스 센서에 있어서종래 유연성, 내구도 및 광투과도가 낮아 웨어러블 기기에 적용이 어려운 문제점을 극복하여, 가스에 대한 감응도가 높으면서도 유연하고, 내구도가 우수하며, 높은 광투과도를 나타내는 유연 가스센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention overcomes the problem that it is difficult to apply to a wearable device because of its low flexibility, durability and light transmittance in the gas sensor, and is a flexible gas sensor with high sensitivity to gas, flexible, excellent durability, and high light transmittance. It aims to provide.
본 발명에 의한 유연 가스센서는 이황화몰리브덴 박막;The flexible gas sensor according to the present invention includes a molybdenum disulfide thin film;
상기 이황화몰리브덴 박막 상에 위치하는 탄소나노튜브를 포함한다.And a carbon nanotube located on the molybdenum disulfide thin film.
본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서에서, 이황화몰리브덴 박막은 두께가 1 내지 10nm일 수 있다.In the flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention, the molybdenum disulfide thin film may have a thickness of 1 to 10 nm.
본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서에 포함된 이황화몰리브덴 박막 : 탄소나노튜브의 중량비는 1: 1내지 5일 수 있다. The weight ratio of the molybdenum disulfide thin film: carbon nanotubes included in the flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention may be 1: 1 to 5.
본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서에 포함된 이황화몰리브덴 박막 : 탄소나노튜브의 두께 비는 1: 1 내지 10일 수 있다.The thickness ratio of the molybdenum disulfide thin film: carbon nanotubes included in the flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention may be 1: 1 to 10.
본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서에서 상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브일 수 있다.In the flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention, the carbon nanotube may be a single-walled carbon nanotube.
본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서에서 상기 이황화몰리브덴 박막은 상기 탄소나노튜브 표면에 일체화되어 결합된 것일 수 있다. In the flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention, the molybdenum disulfide thin film may be integrally coupled to the surface of the carbon nanotube.
본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서에 포함되는 탄소 나노튜브는 외경이 1 내지 10 ㎚이고, 종횡비가 100 내지 1000일 수 있다. Carbon nanotubes included in the flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention may have an outer diameter of 1 to 10 nm and an aspect ratio of 100 to 1000.
본 발명은 또한 유연 가스센서 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for manufacturing a flexible gas sensor.
본 발명에 의한 유연 가스센서 제조방법은 The flexible gas sensor manufacturing method according to the present invention
기판 상에 탄소나노튜브를 코팅하는 탄소나노튜브층 형성단계; 및Forming a carbon nanotube layer to coat the carbon nanotube on a substrate; And
상기 탄소나노튜브층 상에 이황화몰리브덴 박막을 형성하는 박막형성 단계;를 포함한다.And a thin film forming step of forming a molybdenum disulfide thin film on the carbon nanotube layer.
본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서 제조방법은 상기 탄소나노튜브층 형성단계 후 박막 형성단계 전 탄소나노튜브층 상에 유기 촉진제를 도포하는 유기 촉진제층 형성단계;를 더 포함한다.The method for manufacturing a flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention further includes an organic accelerator layer forming step of applying an organic accelerator onto the carbon nanotube layer before the thin film forming step after the carbon nanotube layer forming step.
본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서 제조방법에서 상기 유기 촉진제는 포르피린계 화합물일 수 있다. In the method for manufacturing a flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention, the organic accelerator may be a porphyrin-based compound.
본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서 제조방법에서 상기 유기 촉진제층 형성단계는 열증발증착을 통하여 수행될 수 있다. In the method of manufacturing a flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention, the organic accelerator layer forming step may be performed through thermal evaporation.
본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서 제조방법에서 상기 박막형성 단계는 화학 기상 증착법을 이용하는 것일 수 있다. In the method for manufacturing a flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention, the thin film forming step may be using a chemical vapor deposition method.
본 발명에 의한 유연 가스센서는 박막형의 이황화몰리브덴 층 및 탄소나노튜브 층의 결합에 의하여 감응도가 높으면서도 유연하고, 내구도가 높으며 우수한 광투과도를 나타내는 장점이 있다. The flexible gas sensor according to the present invention has the advantage of exhibiting high sensitivity, flexibility, high durability, and excellent light transmittance by combining a thin film-type molybdenum disulfide layer and a carbon nanotube layer.
도 1은 본 발명에 의한 유연 가스센서 제조방법을 개략적으로 도시하고, 제조된 가스센서를 주사전자현미경을 통해 촬영한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예 및 비교예에 의한 유연 가스센서의 전계효과 트랜지스터 특성을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 의한 유연 가스센서에서 탄소나노튜브의 코팅횟수별 저항 및 문턱전압을 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에 의한 유연 가스센서의 이산화질소 노출 시 전류-전압특성(좌) 및 실온에서 농도별 감응도 변화(우)를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예 및 비교예에 의한 유연 가스센서의 암모니아 노출 시 전류-전압특성(좌) 및 실온에서 농도별 감응도 변화(우)를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예 및 비교예에 의한 유연 가스센서의 파장대별 광투과도를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 대한 굽힘테스트 과정을 사진으로 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예 및 비교예에 의한 유연 가스센서에 있어서, 굽힘 횟수별 저항변화(좌) 및 반복 굽힘 후 가스에 대한 감응도 테스트 결과(우)를 나타낸 것이다.1 schematically shows a method of manufacturing a flexible gas sensor according to the present invention, and photographs the manufactured gas sensor through a scanning electron microscope.
Figure 2 shows the field effect transistor characteristics of the flexible gas sensor according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
Figure 3 shows the resistance and threshold voltage of each coating frequency of the carbon nanotubes in the flexible gas sensor according to the embodiment and the comparative example of the present invention.
Figure 4 shows the current-voltage characteristics (left) and the change in sensitivity according to the concentration at room temperature (right) when exposed to nitrogen dioxide of the flexible gas sensor according to the Examples and Comparative Examples of the present invention.
Figure 5 shows the current-voltage characteristics (left) and the change in sensitivity by concentration at room temperature (right) when ammonia is exposed to the flexible gas sensor according to the examples and comparative examples of the present invention.
6 is a view showing light transmittance by wavelength band of a flexible gas sensor according to Examples and Comparative Examples of the present invention.
7 is a photograph showing a bending test process for an embodiment of the present invention.
8 is a flexible gas sensor according to an embodiment and a comparative example of the present invention, showing the resistance change by the number of bending (left) and the test result of the sensitivity to gas after repeated bending (right).
이하 본 발명에 따른 유연 가스센서에 대해 상세히 설명한다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. Hereinafter, a flexible gas sensor according to the present invention will be described in detail. At this time, unless there are other definitions in the technical terms and scientific terms to be used, it has a meaning commonly understood by those skilled in the art to which this invention belongs, and unnecessarily obscures the subject matter of the present invention in the following description. Descriptions of possible known functions and configurations are omitted.
본 발명은 이황화몰리브덴 박막;The present invention is a molybdenum disulfide thin film;
상기 이황화몰리브덴 박막 상에 위치하는 탄소나노튜브를 포함하는 유연 가스센서에 관한 발명이다. The present invention relates to a flexible gas sensor comprising carbon nanotubes located on the molybdenum disulfide thin film.
본 발명에 의한 유연 가스센서는 종래 낮은 광투과도 및 유연성의 약점을 극복하여, 우수한 광투과도 및 유연성을 나타낼 수 있는 장점이 있다. The flexible gas sensor according to the present invention has the advantage of exhibiting excellent light transmittance and flexibility by overcoming the weaknesses of conventional low light transmittance and flexibility.
종래 이황화몰리브덴은 가스센서를 포함한 화학물질의 센싱에 있어서 탁월한 선택성과 감도를 나타내어 이를 활용한 센서가 다수 연구 개발되어 있는 상태이다. 그러나, 이러한 이황화몰리브덴, 특히 이황화몰리브덴 박막의 경우, 반복 굽힘에 의해서 저항이 급격히 상승하는 문제가 있어, 유연 소자로 적용이 어려운 문제점이 있다. 또한, 이황화몰리브덴의 경우 감지 후 회복시간이 비교적 긴 편이어서 짧은 시간동안 반복하여 표적가스에 노출되는 경우, 감응도 차이를 거의 나타내지 못하는 문제점이 있다. 또한 탄소나노튜브의 경우 우수한 유연성을 갖는 반면 센서에 적용 시 감도가 낮은 문제점이 있다. Conventionally, molybdenum disulfide has excellent selectivity and sensitivity in sensing chemical substances, including gas sensors, and many sensors utilizing them have been researched and developed. However, in the case of such a molybdenum disulfide, in particular, a molybdenum disulfide thin film, there is a problem that the resistance is rapidly increased by repeated bending, there is a problem that it is difficult to apply as a flexible element. In addition, in the case of molybdenum disulfide, the recovery time after detection is relatively long, and when it is repeatedly exposed to the target gas for a short period of time, there is a problem that it hardly shows a difference in sensitivity. In addition, carbon nanotubes have excellent flexibility, but have low sensitivity when applied to sensors.
그러나 본 발명에 의한 유연 가스센서는 탄소나노튜브의 우수한 전하이동 효과와 이황화몰리브덴박막의 우수한 광투과도 및 우수한 감응도의 결합으로, 감응도가 이황화몰리브덴 박막 단독인 경우보다 우수하면서도, 광투과도 저하가 거의 발생하지 않는 장점이 있다. 나아가, 본 발명에 의한 유연 가스센서는 이황화몰리브덴 박막 및 탄소나노튜브와의 결합에 의한 반복 노출에 의해서도 계속하여 우수한 감응도를 나타내는 장점이 있다. However, the flexible gas sensor according to the present invention is a combination of the excellent charge transfer effect of the carbon nanotubes and the excellent light transmittance and excellent sensitivity of the molybdenum disulfide thin film, while the sensitivity is superior to that of the molybdenum disulfide thin film alone, the light transmittance decreases almost. There is an advantage not to. Furthermore, the flexible gas sensor according to the present invention has the advantage of continuously exhibiting excellent sensitivity even through repeated exposure by bonding with a molybdenum disulfide thin film and carbon nanotubes.
구체적으로, 본 발명에 의한 유연 가스센서는 특히 탄소나노튜브를 이용함으로써 유연성을 향상시키면서도 감응도 또한 높은 장점이 있으며, 그래핀과 같은 다른 탄소계 물질을 사용하는 경우 발생하는 가스 흡착 저하 및 이에 따른 감응도 저하의 문제를 예방할 수 있다. 아울러, 박막 형상의 이황화몰리브덴을 이용함으로써, 입자 또는 플레이크 형상의 이황화몰리브덴을 이용하는 경우 대비 탄소나노튜브와의 결착력이 현저히 높은 장점이 있으며, 탄소나노튜브 및 이황화몰리브덴 박막의 우수한 상호작용으로 탄소나노튜브 및 이황화몰리브덴 박막이 미세한 전류변화 또한 효율적으로 전달하여 감응도가 현저히 높은 가스센서를 제조할 수 있는 장점이 있다. Specifically, the flexible gas sensor according to the present invention has an advantage of improving flexibility while using a carbon nanotube, and also has a high sensitivity, and decreases in gas adsorption and sensitivity according to other carbon-based materials such as graphene. The problem of degradation can be prevented. In addition, by using a thin film-shaped molybdenum disulfide, it has an advantage of significantly higher binding force with carbon nanotubes than when using particle or flake-shaped molybdenum disulfide, and the carbon nanotube is excellent in the excellent interaction between the carbon nanotube and the molybdenum disulfide thin film. And the molybdenum disulfide thin film has the advantage of being able to manufacture a gas sensor with a very high sensitivity by efficiently transferring minute current changes.
이때, 본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서는 단일벽 탄소나노튜브 (Single walled carbon nanotubes, SWNT)일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서는 이황화몰리브덴 박막 상에 형성된 단일벽 탄소나노튜브를 포함함으로써 유연성이 우수한 탄소나노튜브 네트워크를 형성할 수 있고, 이러한 네트워크와 이황화몰리브덴 박막의 결합으로 반복 굽힘에도 저항 변화가 거의 발생하지 않으며, 감도 변화를 거의 나타내지 않는 장점이 있다. At this time, the flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention may be single walled carbon nanotubes (SWNT). The flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention can form a carbon nanotube network having excellent flexibility by including a single-walled carbon nanotube formed on a molybdenum disulfide thin film, and repeatedly bends by combining such a network and a molybdenum disulfide thin film. Even there is an advantage that the resistance change hardly occurs and the sensitivity change hardly appears.
구체적으로, 상기 유연 가스센서에 포함되는 탄소나노튜브는 외경이 1nm 내지 100 nm, 구체적으로는 1 내지 10 nm이며, 종횡비가 100 내지 1000, 구체적으로는 500 내지 1000인 것을 이용할 수 있다. 상술한 범위에서 지나치게 큰 외경에 의한 유연성 감소, 종횡비가 지나치게 커짐으로써 발생하는 탄소나노튜브의 꼬임 등과 같은 문제를 예방하면서도, 감응도가 높고 이황화몰리브덴 박막과의 결착력이 더욱 향상된 유연 가스센서를 제공할 수 있다. Specifically, the carbon nanotubes included in the flexible gas sensor may have an outer diameter of 1 nm to 100 nm, specifically 1 to 10 nm, and an aspect ratio of 100 to 1000, specifically 500 to 1000. It is possible to provide a flexible gas sensor having high sensitivity and improved binding strength with a molybdenum disulfide thin film while preventing problems such as reduction in flexibility due to an excessively large outer diameter and twisting of the carbon nanotube caused by an excessively large aspect ratio in the above-described range. have.
본 발명에 의한 유연 가스센서는 상기 탄소나노튜브와 결착된 이황화몰리브덴 박막을 포함한다. 본 발명에 의한 유연 가스센서는 상술한 바와 같이 탄소나노튜브가 형성된 탄소나노튜브 층과, 이황화몰리브덴 박막의 결합으로 감응도가 우수하면서도, 표적물질의 반복노출에도 불구하고 높은 감응도를 유지하는 장점이 있다. The flexible gas sensor according to the present invention includes a molybdenum disulfide thin film bound with the carbon nanotube. The flexible gas sensor according to the present invention has the advantage of maintaining a high sensitivity despite repeated exposure of the target material, while having excellent sensitivity through the combination of the carbon nanotube layer formed with the carbon nanotube and the molybdenum disulfide thin film as described above. .
이때, 이황화몰리브덴 박막은 두께가 1 내지 2 nm, 더욱 구체적으로는 0.8 내지 1.6 nm일 수 있다. 상술한 범위에서 지나치게 두꺼운 두께에 의하여 유연성의 저하 및 광투과도의 저하를 예방할 수 있으면서도, 탄소나노튜브와의 상호작용으로 우수한 감응도를 나타낼 수 있는 장점이 있다. At this time, the molybdenum disulfide thin film may have a thickness of 1 to 2 nm, more specifically 0.8 to 1.6 nm. In the above-described range, while being able to prevent a decrease in flexibility and a decrease in light transmittance due to an excessively thick thickness, there is an advantage of exhibiting excellent sensitivity through interaction with carbon nanotubes.
나아가 제조방법적인 측면에서 상기 이황화몰리브덴 박막은 화학기상증착법(chemical vapor deposition, CVD)으로 제조된 것일 수 있으며, 더욱 구체적으로는 기판 상에 탄소나노튜브 층을 형성하고, 형성된 탄소나노튜브층 상에 화학기상증착법을 이용하여 이황화몰리브덴 박막을 형성할 수 있다. 화학기상증착법을 이용하여 탄소나노튜브층 상이 이황화몰리브덴 박막을 형성하는 경우, 결함이 적으면서도 탄소나노튜브층이 이황화몰리브덴 박막에 함입된 형태의 유연 가스센서를 제조할 수 있으며, 이러한 화학기상증착법을 이용함으로써 탄소나노튜브와 이황화몰리브덴 박막의 결합에 의한 유연성 향상효과를 더욱 증대시킬 수 있는 장점이 있다. Further, in terms of the manufacturing method, the molybdenum disulfide thin film may be prepared by chemical vapor deposition (chemical vapor deposition, CVD), and more specifically, to form a carbon nanotube layer on the substrate, on the formed carbon nanotube layer A thin film of molybdenum disulfide can be formed using a chemical vapor deposition method. When a carbon nanotube layer is formed on the molybdenum disulfide thin film using a chemical vapor deposition method, a flexible gas sensor in a form in which the carbon nanotube layer is embedded in the molybdenum disulfide thin film with less defects can be manufactured, and such a chemical vapor deposition method is used. By using it, there is an advantage that the effect of improving the flexibility by combining the carbon nanotube and the molybdenum disulfide thin film can be further increased.
더욱 좋게는, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 이황화몰리브덴 박막은 열 화학 기상 증착(Thermal Chemical Vapor Deposition, TCVD)법을 이용하여 형성된 것일 수 있으며, 이때 가열온도는 600 내지 1200 ℃일 수 있다. 이는 탄소나노튜브 층 상에 이황화몰리브덴의 형성 시 균일하고 결착력 높은 박막의 형성을 위하여, 탄소나노튜브 층에 유기 촉진제를 도포하여 이용할 수 있으며, 열화학기상증착법을 이용하는 경우 균일한 이황화몰리브덴 박막을 형성하면서도 잔류 유기촉진제 함량을 최소화할 수 있다. 이를 통하여 유기촉진제가 탄소나노튜브와 이황화몰리브덴 박막의 상호작용을 저해하거나, 감응도 저하를 발생시키는 문제를 예방할 수 있다. More preferably, the molybdenum disulfide thin film according to an embodiment of the present invention may be formed using a thermal chemical vapor deposition (Thermal Chemical Vapor Deposition, TCVD) method, wherein the heating temperature may be 600 to 1200 ℃. This can be used by applying an organic accelerator to the carbon nanotube layer to form a uniform and high-binding thin film when the molybdenum disulfide is formed on the carbon nanotube layer, while forming a uniform molybdenum disulfide thin film when using a thermochemical vapor deposition method. Residual organic accelerator content can be minimized. Through this, the organic accelerator can prevent the problem of inhibiting the interaction between the carbon nanotube and the molybdenum disulfide thin film or reducing the sensitivity.
본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서에서, 상기 유연 가스센서에 포함된 이황화몰리브덴 박막 : 탄소나노튜브의 중량비는 1: 0.5 내지 2, 더욱 구체적으로는 1:0.5 내지 1.5일 수 있다. In the flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention, the weight ratio of the molybdenum disulfide thin film: carbon nanotubes included in the flexible gas sensor may be 1: 0.5 to 2, more specifically 1: 0.5 to 1.5.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서에 포함되는 이황화몰리브덴 박막 : 탄소나노튜브층의 두께 비는 1:0.5 내지 10, 더욱 구체적으로는 1:1 내지 1.52일 수 있다. 상술한 범위에서 반복굽힘에 의한 저항변화를 예방하고, 파장대별 광투과도 상승을 5% 이하로 유지하면서, 탄소나노튜브에 의한 전하이동 촉진효과를 극대화할 수 있는 장점이 있다. In addition, the thickness ratio of the molybdenum disulfide thin film: carbon nanotube layer included in the flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention may be 1: 0.5 to 10, more specifically 1: 1 to 1.52. In the above-described range, it is possible to prevent a change in resistance due to repeated bending and maintain an increase in light transmittance for each wavelength of 5% or less, while maximizing a charge transfer promoting effect by a carbon nanotube.
나아가 본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서는 전체 두께가 2 내지 4nm, 더욱 구체적으로는 2.4 내지 3 nm일 수 있으며, 이러한 범위에서 지나치게 얇은 두께에 의해 사용으로 쉽게 손상이 발생하는 문제를 예방하면서도, 투명도 및 유연성을 확보할 수 있다.Furthermore, the flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention may have a total thickness of 2 to 4 nm, more specifically 2.4 to 3 nm, and prevents the problem of damage easily caused by the use of an excessively thin thickness in this range. However, transparency and flexibility can be secured.
또한 본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서는 1 ㎛2당 1 내지 100개의 탄소나노튜브, 더욱 구체적으로는 10 내지 80개의 탄소나노튜브를 포함할 수 있으며, 상술한 범위에서 광투과도의 저하를 예방하면서도 탄소나노튜브층에 의한 높은 전하이동 촉진효과를 달성할 수 있다. In addition, the flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention may include 1 to 100 carbon nanotubes per 1 μm 2 , more specifically 10 to 80 carbon nanotubes, and deteriorate light transmittance in the above-described range. While preventing, it is possible to achieve a high charge transfer effect by the carbon nanotube layer.
본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서가 상술한 비율로 이황화몰리브덴 박막 및 탄소나노튜브를 포함하는 경우, 일정 밀도 이상의 탄소나노튜브 박막을 포함하여 탄소나노튜브 네트워크에 의한 전하 이동 촉진효과를 극대화 할 수 있으면서도, 지나치게 두꺼운 탄소나노튜브층에 의한 감응도 저하 및 광투과도 저하 등의 문제를 예방할 수 있는 장점이 있다. When the flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention includes a molybdenum disulfide thin film and a carbon nanotube in the above-described ratio, the effect of promoting charge transfer by the carbon nanotube network is maximized by including a carbon nanotube thin film having a certain density or more. While being able to do so, there is an advantage that it is possible to prevent problems such as a decrease in sensitivity and a decrease in light transmittance due to an excessively thick carbon nanotube layer.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서는 상술한 비율로 이황화몰리브덴 박막 및 탄소나노튜브를 포함함으로써, 반복적인 굽힘에도 저항변화가 거의 나타나지 않는 장점이 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서는 5 ㎜를 곡률반경으로 한 105회 굽힘 테스트에서 저항 변화가 5% 이하, 더욱 구체적으로는 3% 이하일 수 있다. 이러한 결과를 바탕으로 볼 때, 105회 이상의 굽힘 테스트에 의해서도 표적가스에 대한 감응도 변화가 거의 나타나지 않음을 예상할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서가 높은 내구도를 나타냄을 확인할 수 있다. Furthermore, the flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention has an advantage that the resistance change hardly appears even after repeated bending by including the molybdenum disulfide thin film and carbon nanotubes in the above-described ratio. Specifically, the flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention may have a resistance change of 5% or less, more specifically 3% or less, in a 10 5 bending test with a radius of curvature of 5 mm. As viewed on the basis of these results, 10 the sensitivity change of the target gas by the more than 5 times the bending test can be expected to substantially not displayed, and determine the flexible gas sensor to indicate a high durability according to an embodiment of the present invention Can be.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서는 파장이 400 내지 800 ㎚인 범위에서 광투과도가 85% 이상, 구체적으로는 86% 이상일 수 있으며, 나아가 500 내지 800 ㎚의 파장 범위에서는 90% 이상의 광투과도를 나타내는 장점이 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서는 탄소나노튜브와 이황화몰리브덴 박막의 결합으로 굽힘테스트에 의한 급격한 저항 상승문제를 해결하면서도, 광투과도의 저하가 미미하여, 투명도가 높고 유연한 웨어러블 기기에 적합한 장점이 있다. In addition, the flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention may have a light transmittance of 85% or more, specifically 86% or more in a wavelength range of 400 to 800 nm, and further 90% in a wavelength range of 500 to 800 nm. There is an advantage of showing the above light transmittance. That is, the flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention solves the problem of rapid resistance increase due to a bending test through the combination of a carbon nanotube and a molybdenum disulfide thin film, while the light transmittance is insignificant, so that it is highly transparent and flexible to wearable devices. There are suitable advantages.
본 발명은 또한 유연 가스센서 제조방법을 제공한다.The present invention also provides a method for manufacturing a flexible gas sensor.
본 발명에 의한 유연 가스센서 제조방법은, 상술한 유연 가스센서를 제조하기 위한 제조방법일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.The flexible gas sensor manufacturing method according to the present invention may be a manufacturing method for manufacturing the above-described flexible gas sensor, but the present invention is not limited thereto.
본 발명에 의한 유연 가스센서 제조방법은 The flexible gas sensor manufacturing method according to the present invention
기판 상에 탄소나노튜브를 코팅하는 탄소나노튜브층 형성단계; 및Forming a carbon nanotube layer to coat the carbon nanotube on a substrate; And
상기 탄소나노튜브층 상에 이황화몰리브덴 박막을 형성하는 박막형성 단계;를 포함한다.And a thin film forming step of forming a molybdenum disulfide thin film on the carbon nanotube layer.
본 발명에 의한 유연 가스센서 제조방법은, 탄소나노튜브층을 형성한 뒤 탄소나노튜브층 상에 이황화몰리브덴 박막을 형성함으로써, 탄소나노튜브의 뭉침을 방지하면서도, 결착력 높은 유연 가스센서를 제조할 수 있는 장점이 있다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서 제조방법은 탄소나노튜브층 상에 이황화몰리브덴 박막을 성장시킴으로써 단순한 물리접 접촉보다 강한 결착력을 가지며 일체화되어 결합됨으로써 추후 사용에 의한 박리 등의 문제점이 거의 발생하지 않는 장점이 있다. 나아가, 제조되는 유연 가스센서에 있어서, 탄소나노튜브층과 이황화몰리브덴 박막의 결합으로 표적가스에 대한 감응도가 우수하고, 광투과도 저하가 거의 발생하지 않으면서도, 반복 노출에 의해서도 우수한 감응도를 나타낼 수 있는 장점이 있다. The flexible gas sensor manufacturing method according to the present invention, by forming a carbon nanotube layer and then forming a molybdenum disulfide thin film on the carbon nanotube layer, can prevent the agglomeration of carbon nanotubes, and can produce a flexible gas sensor with high binding force There is an advantage. Specifically, the flexible gas sensor manufacturing method according to an embodiment of the present invention has a strong binding force than a simple physical contact by growing a molybdenum disulfide thin film on a carbon nanotube layer, and is integrally combined to cause problems such as peeling due to future use. This has the advantage that it rarely occurs. Furthermore, in the flexible gas sensor to be manufactured, the carbon nanotube layer and the molybdenum disulfide thin film are combined to have excellent sensitivity to the target gas, and exhibit little sensitivity even after repeated light exposure and little deterioration. There are advantages.
구체적으로 상기 박막 형성단계는 화학기상증착법을 통하여 수행될 수 있다. 화학기상증착법을 이용하는 경우, 결함이 적으면서도 탄소나노튜브 층 및 이황화몰리브덴 박막의 결합에 의한 유연성 향상효과를 더욱 증대시킬 수 있는 장점이 있다. Specifically, the thin film forming step may be performed through a chemical vapor deposition method. In the case of using the chemical vapor deposition method, there is an advantage that the effect of improving the flexibility due to the bonding of the carbon nanotube layer and the molybdenum disulfide thin film can be further increased with less defects.
좋게는, 본 발명의 일 실시예에 의한 박막 형성단계는 열화학기상증착법을 이용하여 수행될 수 있다. 열화학기상증착법을 이용하는 경우 균일한 이황화몰리브덴 박막을 형성하면서도 후술하는 유기촉진제의 잔류를 최소화할 수 있다. 이를 통하여 유기촉진제가 탄소나노튜브와 이황화몰리브덴 박막의 상호작용을 저해하거나, 감응도 저하를 발생시키는 문제를 예방할 수 있다.Preferably, the thin film forming step according to an embodiment of the present invention may be performed using a thermochemical vapor deposition method. In the case of using a thermochemical vapor deposition method, it is possible to form a uniform molybdenum disulfide thin film while minimizing the residual organic accelerator described later. Through this, the organic accelerator can prevent the problem of inhibiting the interaction between the carbon nanotube and the molybdenum disulfide thin film or reducing the sensitivity.
이러한 박막 형성단계는 통상적인 화학기상증착법의 조건에서 수행될 수 있으며, 구체적이고 비한정적인 일예로 Ar를 50 내지 300 sccm, 수소를 1 내지 50 sccm으로 공급하며, 600 내지 1200 ℃에서 수행될 수 있으나, 이황화몰리브덴 박막을 형성하는 조건인 경우 제한 없이 이용이 가능하다. Such a thin film forming step may be performed under the conditions of a conventional chemical vapor deposition method, and as a specific and non-limiting example, Ar is supplied at 50 to 300 sccm, hydrogen at 1 to 50 sccm, and can be performed at 600 to 1200 ° C. However, the conditions for forming the molybdenum disulfide thin film can be used without limitation.
나아가, 상기 박막 형성단계에서 형성되는 이황화몰리브덴 박막의 두께는 1 내지 2 nm, 구체적으로는 0.8 내지 1.7 nm일 수 있으며, 상술한 범위에서 지나치게 두꺼운 박막 두께에 의한 유연성 및 광투과도의 저하를 예방하면서도 탄소나노튜브와의 상호작용으로 우수한 감응도를 나타내는 장점이 있다. Furthermore, the thickness of the molybdenum disulfide thin film formed in the thin film forming step may be 1 to 2 nm, specifically 0.8 to 1.7 nm, while preventing the decrease in flexibility and light transmittance due to the excessively thick thin film thickness in the above-described range. It has the advantage of exhibiting excellent sensitivity through interaction with carbon nanotubes.
더욱 좋게는, 본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서 제조방법은 상기 탄소나노튜브층 형성단계 후 박막 형성단계 전, 탄소나노튜브층 상에 유기 촉진제를 도포하는 유기촉진제층 형성단계;를 더 포함할 수 있다. 이러한 유기 촉진제층 형성단계를 더 포함함으로써, 탄소나노튜브층과 이황화몰리브덴 박막의 결착력을 더욱 향상시킬 수 있으며, 반복 굽힘 등 유연 가스센서의 실제 사용에서 발생할 수 있는 탄소나노튜브층의 탈리 등과 같은 문제 발생을 현저히 저감할 수 있는 장점이 있다. More preferably, the method for manufacturing a flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention comprises: an organic accelerator layer forming step of applying an organic accelerator on the carbon nanotube layer before the thin film forming step after the carbon nanotube layer forming step; It can contain. By further including the step of forming the organic accelerator layer, it is possible to further improve the binding force between the carbon nanotube layer and the molybdenum disulfide thin film, and problems such as desorption of the carbon nanotube layer that may occur in actual use of a flexible gas sensor such as repeated bending. There is an advantage that can significantly reduce the occurrence.
이때, 상기 유기촉진제는 포르피린계 화합물일 수 있으며, 이때 포르피린계 화합물은 포르피린 또는 이의 유도체를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서 제조방법에서 유기촉진제로 포르피린계 화합물을 이용하는 경우, 탄소나노튜브 상에 균일하게 이황화몰리브덴 박막을 형성할 수 있으며, 이황화몰리브덴 박막의 성장 과정에서 고온에 의해 제거되어 이황화몰리브덴박막-탄소나노튜브의 상호작용 저해를 예방할 수 있다. In this case, the organic accelerator may be a porphyrin-based compound, wherein the porphyrin-based compound includes porphyrin or a derivative thereof. When a porphyrin-based compound is used as an organic accelerator in the method for manufacturing a flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention, a molybdenum disulfide thin film can be uniformly formed on a carbon nanotube, and by a high temperature in the growth process of the molybdenum disulfide thin film It can be removed to prevent the inhibition of the interaction of the molybdenum disulfide thin film-carbon nanotube.
더욱 구체적인 일예로 상기 유기촉진제는 5,10,15,20-tetraphenylporphyrin, 5,10,15,20-Tetrakis(4-hydroxyphenyl)porphyrin 및 metallo-tetraphenylporphyrin에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 상술한 유기촉진제를 이용할 경우, 탄소나노튜브층과 이황화몰리브덴 박막의 결착력을 더욱 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 불순물에 의하여 최종적으로 제조되는 유연 가스센서의 감응도 저하 등과 같은 문제를 예방할 수 있는 장점이 있다. As a more specific example, the organic accelerator may be one or two or more selected from 5,10,15,20-tetraphenylporphyrin, 5,10,15,20-Tetrakis (4-hydroxyphenyl) porphyrin and metallo-tetraphenylporphyrin, but the present invention It is not limited thereto. When the above-described organic accelerator is used, not only can the adhesion of the carbon nanotube layer and the molybdenum disulfide thin film be further improved, there is an advantage of preventing problems such as deterioration in sensitivity of the flexible gas sensor finally produced by impurities. .
본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서 제조방법에서, 상기 유기촉진제층 형성단계는 열증발증착법을 이용할 수 있다. 열증발증착법을 이용하는 경우 미세하고 균일한 유기촉진제층을 형성할 수 있으며, 결착력을 향상시키고 유연 가스센서의 감도 저하를 발생시키지 않는 범위로 유기 촉진제층을 형성할 수 있는 장점이 있다. 좋게는, 상술한 유기촉진제층은 1 내지 20 nm, 더욱 구체적으로는 2 내지 10 nm 두께로 형성될 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. In the method for manufacturing a flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention, the step of forming the organic accelerator layer may use a thermal evaporation deposition method. In the case of using the thermal evaporation method, a fine and uniform organic accelerator layer can be formed, and there is an advantage that an organic accelerator layer can be formed in a range that improves a binding force and does not cause a decrease in sensitivity of the flexible gas sensor. Preferably, the above-described organic promoter layer may be formed to a thickness of 1 to 20 nm, more specifically 2 to 10 nm, but the present invention is not limited thereto.
본 발명의 일 실시예에 의한 유연 가스센서 제조방법에서 상기 탄소나노튜브층 형성단계는, 기판 상에 균일하게 탄소나노튜브 네트워크를 형성할 수 있는 방법인 경우 제한없이 이용이 가능하다. 구체적이고 비한정적인 일 예로, 탄소나노튜브가 분산된 분산액을 기판상에 스핀코팅, 스프레이코팅, 바코팅 또는 딥코팅 등의 방법으로 코팅할 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 나아가, 기판은 상술한 열증발증착 및 열화학기상증착법의 수행에도 변형되지 않는 재질인 경우 제한없이 이용이 가능하며, 좋게는 세라믹 기판을 이용할 수 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. In the method for manufacturing a flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention, the step of forming the carbon nanotube layer may be used without limitation in the case of a method capable of uniformly forming a carbon nanotube network on a substrate. As a specific and non-limiting example, the dispersion liquid in which carbon nanotubes are dispersed may be coated on a substrate by spin coating, spray coating, bar coating or dip coating, but the present invention is not limited thereto. Further, the substrate may be used without limitation in the case of a material that is not deformed even in the performance of the above-described thermal evaporation and thermochemical vapor deposition methods, and preferably a ceramic substrate may be used, but the present invention is not limited thereto.
또한 상기 탄소나노튜브층 형성단계에서 도포되는 탄소나노튜브는 면적을 기준으로 기판 1 ㎛2당 1 내지 100개의 탄소나노튜브, 더욱 구체적으로는 10 내지 80개의 탄소나노튜브를 포함할 수 있으며, 상술한 범위에서 광투과도의 저하를 예방하면서도 탄소나노튜브층에 의한 높은 전하이동 촉진효과를 달성할 수 있다. In addition, the carbon nanotubes applied in the step of forming the carbon nanotube layer may include 1 to 100 carbon nanotubes per 1 μm 2 of the substrate based on the area, more specifically 10 to 80 carbon nanotubes, and are described above. In one range, while preventing a decrease in light transmittance, it is possible to achieve a high charge transfer promoting effect by the carbon nanotube layer.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 구체적으로 설명한다. 아래에서 설명하는 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 아래에서 설명하는 실시예에 의해 제한되지 않는다. Hereinafter, the present invention will be specifically described by examples. The embodiments described below are only to aid the understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the embodiments described below.
[실시예 1][Example 1]
2 X 2 ㎝ SiO2 기판에 0.001 g의 단일벽 탄소나노튜브(한화나노텍 ASP-100F)가 분산된 분산액을 스핀코팅을 통하여 코팅하고 이를 50 oC 온도조건에서 건조하여 탄소나노튜브층을 형성하였다. 이때 단일벽 탄소나노튜브의 분산매는 Dichlorobenzene을 이용하였다. A dispersion having 0.001 g of single-walled carbon nanotubes (Hanhwa Nanotech ASP-100F) dispersed on a 2
제조된 단일벽 탄소나노튜브층 상에 유기촉진제로 5,10,15,20-tetraphenylporphyrin를 열증발 증착법을 이용하여 두께 2 nm의 유기촉진제층을 형성하였으며, 유기촉진제층상에 900 ℃ 온도조건에서, 0.1 M ammonium heptamolybdate (Fluca, 99%) 와 기화된 Sulfur powder (0.1 g SAMCHUN, 98.0%),를 동시에 흘려주고 Ar 100 sccm, 조건에서 두께 1-2 nm의 이황화몰리브덴층을 형성하였다. 이를 PMMA-based 방법을 통하여 폴리에틸렌테레프탈레이트 기판에 전사하고, 양단에 각각 전극을 연결함으로써 유연 가스센서를 제조하였다.On the prepared single-walled carbon nanotube layer, 5,10,15,20-tetraphenylporphyrin was used as an organic accelerator to form an organic accelerator layer having a thickness of 2 nm using a thermal evaporation deposition method. 0.1 M ammonium heptamolybdate (Fluca, 99%) and vaporized Sulfur powder (0.1 g SAMCHUN, 98.0%) were simultaneously flowed to form a molybdenum disulfide layer having a thickness of 1-2 nm under
[실시예 2][Example 2]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 탄소나노튜브가 분산된 분산액 코팅하고 건조하는 과정을 10회 반복하여 코팅함으로써 유연 가스센서를 제조하였다. Prepared in the same manner as in Example 1, a flexible gas sensor was prepared by coating the dispersion of carbon nanotubes dispersed and coating the
[실시예 3][Example 3]
실시예 1과 같은 방법으로 제조하되, 탄소나노튜브가 분산된 분산액 코팅하고 건조하는 과정을 30회 반복하여 코팅함으로써 유연 가스센서를 제조하였다. Prepared in the same manner as in Example 1, a flexible gas sensor was prepared by repeatedly coating and drying the dispersion liquid having carbon nanotubes dispersed therein 30 times.
[비교예 1][Comparative Example 1]
탄소나노튜브 분산액의 코팅 없이, SiO2 기판에 이황화몰리브덴을 열화학기상증착을 이용하여 두께1-2 nm의 박막을 형성하여 유연 가스센서를 제조하였다. A flexible gas sensor was prepared by forming a thin film having a thickness of 1-2 nm using thermochemical vapor deposition of molybdenum disulfide on an SiO 2 substrate without coating of a carbon nanotube dispersion.
전계 효과 트랜지스터 특성Field effect transistor characteristics
실시예 및 비교예에서 제조된 유연 가스센서의 전계 효과 트랜지스터 특성을 반도체 파라미터 분석기기를 이용하여 측정하고, 이를 도 2로 나타내었다. The field effect transistor characteristics of the flexible gas sensor prepared in Examples and Comparative Examples were measured using a semiconductor parameter analyzer, and are shown in FIG. 2.
도 2를 참고하면, 탄소나노튜브를 1회 코팅한 경우 전계 효과 트랜지스터 특성의 변화가 거의 나타나지 않음을 확인할 수 있어, 기존 이황화몰리브덴 박막의 장점을 유지하면서도, 유연성 및 감도가 우수한 유연 가스센서의 제조가 가능함을 시사하고 있다.Referring to FIG. 2, when the carbon nanotubes are coated once, it can be confirmed that the change in the field effect transistor characteristics hardly appears, while maintaining the advantages of the existing molybdenum disulfide thin film, manufacturing a flexible gas sensor having excellent flexibility and sensitivity Suggests that it is possible.
탄소나노튜브 코팅횟수별 저항(위) 및 문턱전압(아래) 확인Check the resistance (above) and threshold voltage (below) by the number of carbon nanotube coatings
실시예 및 비교예에 의한 유연 가스센서의 탄소나노튜브 코팅횟수별 저항 및 문턱전압을 측정하고 도 3으로 나타내었다. The resistance and threshold voltage of each carbon nanotube coating frequency of the flexible gas sensor according to Examples and Comparative Examples were measured and shown in FIG. 3.
도 3을 참고하면, 코팅 횟수의 증가에 따라 유연 가스센서의 저항이 낮아지며, 동시에 문턱전압이 높아짐을 확인할 수 있다. 이를 통하여 유연 가스센서에 적용 시, 센서의 저항이 작아짐으로써 낮은 인가전압에서 센싱이 가능하다는 특징을 나타냄을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 3, it can be seen that as the number of coatings increases, the resistance of the flexible gas sensor decreases, and at the same time, the threshold voltage increases. Through this, it can be seen that, when applied to a flexible gas sensor, the resistance of the sensor is reduced, indicating that sensing is possible at a low applied voltage.
이산화질소에 대한 감응도 확인Checking the sensitivity to nitrogen dioxide
실시예 1 및 비교예 1에 의한 유연 가스센서에 대하여, 표적가스를 이산화질소로 하여 실시예 1의 표적가스 노출 전후 전류-전압 특성(좌) 및 실온에서 농도별 감지반응을 측정하고 도 4로 나타내었다. For the flexible gas sensor according to Example 1 and Comparative Example 1, the target gas was used as nitrogen dioxide to measure the current-voltage characteristics (left) before and after the target gas exposure of Example 1 and the detection response by concentration at room temperature and shown in FIG. 4. Did.
이하 본 발명 및 그래프에서 CNT+MoS2는 실시예 1에서 제조된 유연 가스센서를 의미하며, MoS2는 비교예 1에서 제조된 유연 가스센서를 의미한다.Hereinafter, in the present invention and the graph, CNT + MoS 2 refers to a flexible gas sensor prepared in Example 1, and MoS 2 refers to a flexible gas sensor prepared in Comparative Example 1.
도 4의 좌측 전류-전압 특성을 참조하면, 실시예 1에 의한 유연 가스센서가 표적가스에 노출되는 경우, 전류의 상승을 기준으로 한 기울기가 약 2배 상승하는 것을 확인할 수 있으며, 이를 통하여 기존 이황화 몰리브덴 박막에 비해 센싱특성이 증가하였음을 알 수 있다. Referring to the current-voltage characteristic on the left side of FIG. 4, when the flexible gas sensor according to Example 1 is exposed to the target gas, it can be confirmed that the slope based on the increase in current increases approximately twice. It can be seen that the sensing characteristics increased compared to the molybdenum disulfide thin film.
도 4의 우측 감지반응 결과를 살펴보면, 실시예 1에 의해 제조된 유연 가스센서가 가스의 노출을 중지하였을 때 감응도 변화가 거의 나타나지 않음을 확인할 수 있으며, 비교예 1의 경우 노출을 중지한 경우에도, 노출시와 감응도 차이가 크지 않음을 확인할 수 있다. 이를 통하여 본 발명의 실시예에 의한 유연 가스센서가 표적가스의 반복 노출에 있어서 더욱 민감한 반응성을 나타냄을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1의 경우 표적가스의 농도가 높아질수록 비교예 1과 대비하여 감응도 변화가 크게 나타남을 확인할 수 있어, 실시예 1에 의한 센서가 더욱 민감성이 높음을 확인할 수 있다. Looking at the results of the detection reaction on the right side of FIG. 4, it can be seen that the change in sensitivity when the flexible gas sensor manufactured in Example 1 stopped exposure of the gas showed little, even in the case of Comparative Example 1, the exposure was stopped. , It can be confirmed that the difference in sensitivity from exposure is not large. Through this, it can be confirmed that the flexible gas sensor according to the embodiment of the present invention exhibits more sensitive reactivity in repeated exposure of the target gas. In addition, in Example 1, the higher the concentration of the target gas, the greater the change in sensitivity compared to Comparative Example 1, indicating that the sensor according to Example 1 is more sensitive.
암모니아에 대한 감응도 확인Check the sensitivity to ammonia
실시예 1 및 비교예 1에 의한 유연 가스센서에 대하여, 표적가스를 암모니아로 하여 실시예 1의 표적가스 노출 전후 전류-전압특성(좌) 및 실온에서 농도별 감지반응을 측정하고 도 5로 나타내었다. For the flexible gas sensor according to Example 1 and Comparative Example 1, the target gas was used as ammonia to measure the current-voltage characteristics (left) before and after the target gas exposure of Example 1 and the detection response by concentration at room temperature and shown in FIG. 5 Did.
도 5의 좌측 전류-전압특성을 확인하면, 이황화 몰리브덴 박막에 비해 전기전도도가 증가하였으며 암모니아 가스 노출시 전류가 감소하는 것을 확인할 수 있다.When the current-voltage characteristics on the left side of FIG. 5 are confirmed, it can be seen that the electrical conductivity is increased and the current is decreased upon exposure to ammonia gas compared to the molybdenum disulfide thin film.
도 5의 우측 감지반응 결과를 살펴보면, 실시예 1에 의해 제조된 유연 가스센서가 가스 노출을 중지하였을 때 오히려 노출 전으로 회귀하려는 특성이 강한 것을 확인할 수 있으나, 비교예 1의 유연 가스센서의 경우 이러한 경향이 약함을 확인할 수 있으며, 이에 따라 실시예 1에 의한 가스센서가 표적가스의 반복노출에 대하여 현저히 민감한 반응을 나타냄을 확인할 수 있다. 또한, 실시예 1에 의한 유연 가스센서가 비교예 1과 대비하여 감응도 변화가 큰 것을 확인할 수 있으며, 이를 통하여 실시예 1에 의한 센서가 더욱 민감성이 높음을 확인할 수 있다. Looking at the results of the detection reaction on the right side of FIG. 5, when the flexible gas sensor manufactured in Example 1 stopped gas exposure, it can be seen that the characteristic to return to before exposure is strong, but in the case of the flexible gas sensor of Comparative Example 1 It can be confirmed that this tendency is weak, and accordingly, it can be confirmed that the gas sensor according to Example 1 exhibits a remarkably sensitive reaction to repeated exposure of the target gas. In addition, it can be seen that the flexible gas sensor according to Example 1 has a large change in sensitivity compared to Comparative Example 1, and through this, it can be confirmed that the sensor according to Example 1 is more sensitive.
광투과도 측정Light transmittance measurement
실시예 1 및 비교예 1에 의해 제조된 유연 가스센서에 대하여, 파장대별 광투과도를 측정하고 이를 도 6으로 나타내었다. For the flexible gas sensor manufactured by Example 1 and Comparative Example 1, the light transmittance for each wavelength band was measured and shown in FIG. 6.
도 6을 참조하면, 실시예 1에 의해 제조된 유연 가스센서는, 탄소나노튜브층의 추가 형성에도 불구하고 광투과도 저하가 크게 발생하지 않음을 확인할 수 있으며, 400 내지 800 ㎚ 파장 범위에서 85% 이상, 500 내지 800 ㎚ 파장 범위에서 90% 이상의 광투과도를 나타냄을 확인할 수 있다. Referring to Figure 6, the flexible gas sensor prepared in Example 1, it can be seen that despite the additional formation of the carbon nanotube layer, the light transmittance deterioration does not occur significantly, 85% in the wavelength range of 400 to 800 nm As described above, it can be confirmed that the light transmittance of 90% or more is exhibited in the wavelength range of 500 to 800 nm.
굽힘 테스트Bending test
실시예 1 및 비교예 1에 의해 제조된 유연 가스센서에 대하여, 굽힘테스트를 수행하고 이를 도 7 및 8로 나타내었다. 도 7은 실제 굽힘테스트의 수행 방법을 사진으로 나타낸 것이며, 도 8은 굽힘테스트에 의한 실시예 1 및 비교예 1의 유연 가스센서의 저항 변화(좌) 및 105회 굽힘 테스트 후 가스센서의 이산화질소 및 암모니아에 대한 감응도 테스트 결과(우)를 도시한 것이다. For the flexible gas sensor prepared by Example 1 and Comparative Example 1, a bending test was performed and this is illustrated in FIGS. 7 and 8. FIG. 7 is a photograph showing a method of performing an actual bending test, and FIG. 8 is a resistance change (left) of the flexible gas sensor of Example 1 and Comparative Example 1 by a bending test and a nitrogen dioxide of the gas sensor after 10 5 bending tests And a sensitivity test result (right) for ammonia.
도 8의 좌측 도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 유연 가스센서의 경우, 105회 굽힘 테스트에도 불구하고 저항 변화가 거의 나타나지 않음을 확인할 수 있으며, 이를 통하여 이황화몰리브덴 박막 상에 탄소나노튜브 층을 형성함으로써 반복한 굽힘에도 저항 변화가 거의 나타나지 않음을 확인할 수 있으며, 결과적으로 실제 유연 소자로 제조 시 반복 사용에 의한 품질 저하를 최소화 할 수 있음을 확인할 수 있다. 반면 이황화몰리브덴박막만이 형성된 유연가스센서의 경우, 반복한 굽힘 테스트에 의하여 급격한 저항 상승을 나타냄을 확인할 수 있다. Referring to the drawing on the left side of FIG. 8, in the case of the flexible gas sensor according to the embodiment of the present invention, it can be confirmed that the resistance change hardly appears despite the 10 5 bending test, and through this, carbon nanoparticles on the molybdenum disulfide thin film By forming the tube layer, it can be seen that the resistance change hardly appears even after repeated bending, and as a result, it can be confirmed that quality degradation due to repeated use in manufacturing a real flexible device can be minimized. On the other hand, in the case of the flexible gas sensor formed only of the molybdenum disulfide thin film, it can be confirmed that the resistance resistance increased rapidly by repeated bending tests.
도 8의 우측도면을 참조하면, 105회 굽힘 테스트를 수행한 비교예 1의 경우, 표적가스를 이산화질소 및 암모니아로 수행한 경우 모두 감응도 변화를 거의 나타내지 않음을 확인할 수 있으며, 이를 통하여 반복 굽힘에 의해 가스센서로서의 기능을 상실한 것으로 볼 수 있다. 반면 실시예 1에 의한 유연가스센서는 반복 굽힘에 의한 경우에도 높은 감응도를 나타내어 가스센서로 정상적으로 동작이 가능함을 확인할 수 있어, 본 발명의 실시예에 의해 제조된 가스센서가 높은 내구성을 나타낼 수 있음을 확인할 수 있다. Referring to the right drawing of FIG. 8, in Comparative Example 1 in which 10 5 bending tests were performed, it can be confirmed that when the target gas was performed with nitrogen dioxide and ammonia, they showed little change in sensitivity. Therefore, it can be considered that the function as a gas sensor has been lost. On the other hand, the flexible gas sensor according to Example 1 shows a high sensitivity even through repeated bending, so it can be confirmed that the gas sensor can operate normally, and the gas sensor manufactured according to the embodiment of the present invention can exhibit high durability. can confirm.
Claims (12)
상기 이황화몰리브덴 박막에 탄소나노튜브층이 함입되어 탄소나노튜브 네트워크를 형성하는 유연 가스센서. Molybdenum disulfide thin film; And
A flexible gas sensor in which a carbon nanotube layer is embedded in the molybdenum disulfide thin film to form a carbon nanotube network.
상기 유연 가스센서에서, 이황화몰리브덴 박막은 두께가 0.5 내지 10 nm인 유연 가스센서.According to claim 1,
In the flexible gas sensor, the molybdenum disulfide thin film has a thickness of 0.5 to 10 nm.
상기 유연 가스센서에 포함된 이황화몰리브덴 박막 : 탄소나노튜브의 두께 비는 1: 1 내지 10인 유연 가스센서. According to claim 1,
The thickness ratio of the molybdenum disulfide thin film: carbon nanotubes included in the flexible gas sensor is 1: 1 to 10.
상기 유연 가스센서는 이황화몰리브덴 박막 1 ㎛2 당 1 내지 100개의 탄소나노튜브를 포함하는 것인 유연 가스센서. According to claim 1,
The flexible gas sensor is a flexible gas sensor comprising 1 to 100 carbon nanotubes per 1 μm 2 of molybdenum disulfide thin film.
상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브인 유연 가스센서. According to claim 1,
The carbon nanotube is a flexible gas sensor that is a single-walled carbon nanotube.
상기 탄소나노튜브 네트워크는 탄소나노튜브 분산액이 도포되어 형성된 유연 가스센서. According to claim 1,
The carbon nanotube network is a flexible gas sensor formed by applying a carbon nanotube dispersion.
상기 유연 가스센서에 포함되는 탄소 나노튜브는 외경이 1 내지 20 ㎚이고, 종횡비가 100 내지 1000인 유연 가스센서.According to claim 1,
The carbon nanotubes included in the flexible gas sensor have an outer diameter of 1 to 20 nm and an aspect ratio of 100 to 1000.
상기 탄소나노튜브 네트워크 상에 이황화몰리브덴 박막을 형성하는 단계;를 포함하는 유연 가스센서 제조방법.Forming a carbon nanotube network by applying a carbon nanotube dispersion on the substrate; And
And forming a thin film of molybdenum disulfide on the carbon nanotube network.
상기 유연 가스센서 제조방법은 상기 탄소나노튜브 네트워크 형성단계 후 박막 형성단계 전 탄소나노튜브 네트워크 상에 유기 촉진제를 도포하는 유기 촉진제층 형성단계;를 더 포함하는 유연 가스센서 제조방법.The method of claim 8,
The flexible gas sensor manufacturing method further comprises; an organic accelerator layer forming step of applying an organic accelerator on the carbon nanotube network before the thin film forming step after the carbon nanotube network forming step.
상기 유기 촉진제는 포르피린계화합물인 유연 가스센서 제조방법.The method of claim 9,
The organic accelerator is a porphyrin-based flexible gas sensor manufacturing method.
상기 유기 촉진제층 형성단계는 열증발증착을 통하여 수행되는 유연 가스센서 제조방법. The method of claim 9,
The organic accelerator layer forming step is a flexible gas sensor manufacturing method performed through thermal evaporation.
상기 박막형성 단계는 화학 기상 증착법을 이용하는 것인 유연 가스센서 제조방법. The method of claim 9,
The thin film forming step is a flexible gas sensor manufacturing method using a chemical vapor deposition method.
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| Deokar et al., Advanced Materials Interfaces, 2017, pp. 1-10.* |
| S.J.Kim et al., Scientific Reports, Vol. 6, 2016, pp. 1-7.* |
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