KR102435557B1 - Flexible gas sensor and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 고온에서 작동가능하고 플렉시블 특성을 가지는 플렉시블 가스 센서를 제공한다. 상기 플렉시블 가스 센서는, 지지 부재; 상기 지지 부재 상에 배치된 제1 전극; 상기 지지 부재 상에 배치되고 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되도록 배치되고, 내부에 배치된 히터 코어층; 상기 히터 코어층을 둘러싸도록 배치된 부식 방지층; 및 상기 부식 방지층을 둘러싸도록 배치된 가스 감지층;을 포함하는, 하나 또는 그 이상의 가스센서 부재;를 포함한다.The present invention provides a flexible gas sensor that is operable at high temperatures and has flexible properties. The flexible gas sensor may include a support member; a first electrode disposed on the support member; a second electrode disposed on the support member and facing the first electrode; and a heater core layer disposed to be electrically connected to the first electrode and the second electrode and disposed therein. an anti-corrosion layer disposed to surround the heater core layer; and one or more gas sensor members including; a gas sensing layer disposed to surround the corrosion prevention layer.

Description

플렉시블 가스 센서 및 그 제조 방법{Flexible gas sensor and method of manufacturing the same}Flexible gas sensor and method of manufacturing the same

본 발명의 기술적 사상은 가스 센서에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 플렉시블 가스 센서 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The technical idea of the present invention relates to a gas sensor, and more particularly, to a flexible gas sensor and a method of manufacturing the same.

국내의 수소 산업은 현재 자동차 분야에서 가장 활발하게 개발이 진행되고 있다. 수소 센서는 수소 전기차 뿐만 아니라 수소의 생산, 이송, 활용의 전 영역에서 소요되는 안전관리를 위한 필수 부품이다. 수소연료전지 산업의 지속적인 성장과 함께 나노구조 기반 수소센서 기술도 학계에서 활발히 이루어지고 있으며, 각국의 센서 전문 업체에서도 제품 개발에 매진하고 있는 상황이다. 특히 수소누설 감지센서는 전량 수입품에 의존하였으나, 국산화 시도가 활발하게 이루어지고 있다. 수소 센서의 세계시장 규모는 현재에는 약 200억원 수준이지만, 2025년 1.3조원, 2030년 3.5조원으로 예상되는 등, 수소산업의 본격적인 상용화가 될 경우, 수 조윈 규모의 시장이 열릴 것으로 전망되고 있다. The domestic hydrogen industry is currently being developed most actively in the automobile field. The hydrogen sensor is an essential part for safety management not only for hydrogen electric vehicles but also for all areas of hydrogen production, transport, and utilization. Along with the continuous growth of the hydrogen fuel cell industry, nanostructure-based hydrogen sensor technology is being actively conducted in academia, and sensor companies in each country are also working hard on product development. In particular, hydrogen leak detection sensors depended entirely on imported products, but attempts to localize them are actively being made. The global market for hydrogen sensors is currently about 20 billion won, but it is expected to open up a trillion-won market if the hydrogen industry is fully commercialized, such as 1.3 trillion won in 2025 and 3.5 trillion won in 2030.

센서는 소형, 복합, 지능화되는 추세이며, 산업간 융합화 및 인간과 기계 간의 매개체로서 스마트 사회 구현의 핵심 요소 기술로 대두되었다. 이러한 요구조건의 충족을 위하여, 기존센서 기술의 측정범위 및 동작환경 범위를 확장시킬 수 있는 고감도 및 고성능 센서기술 개발이 요구되고 있다. Sensors are becoming smaller, complex, and intelligent, and have emerged as a key element technology for the realization of a smart society as a medium for inter-industry convergence and between humans and machines. In order to satisfy these requirements, the development of high-sensitivity and high-performance sensor technology that can expand the measurement range and operating environment range of the existing sensor technology is required.

수소센서는 기본적으로 특정한 분석 물질에 민감하게 반응하는 물질로 구성된 감지막(receptor)과 상기 분석 물질에 대한 반응으로 전류, 흡광도 또는 질량과 같은 특성이 변하게 되고, 이러한 변화된 특성을 물리적 신호로 변환하는 변환기(transducer)를 포함하도록 구성된다. 이러한 수소 센서에서 상기 감지막으로서 금속 산화물, 금속 나노 입자, 그래핀, 및 그래핀 산화물 등을 사용할 수 있다. 또한, 상기 수소 센서를 연속적으로 사용하기 위하여는 흡착된 흡착된 기체를 탈착하기 위하여 히터가 필요하다.A hydrogen sensor basically has a receptor composed of a material that reacts sensitively to a specific analyte, and properties such as current, absorbance, or mass change in response to the analyte, and converts these changed properties into physical signals. configured to include a transducer. In such a hydrogen sensor, metal oxide, metal nanoparticles, graphene, graphene oxide, and the like may be used as the sensing layer. In addition, in order to continuously use the hydrogen sensor, a heater is required to desorb the adsorbed adsorbed gas.

금속 산화물 반도체 센서는 멤브레인 구조물 위에 전극, 마이크로 히터 및 감지층이 멤스(MEMS) 기술을 기반으로 구성될 수 있다. 상기 금속 산화물 센서는 실리콘으로 구성된 기판과 실리콘 산화물로 구성된 절연막 사이에 빈 공간을 형성하고, 상기 빈 공간 내에 마이크로 히터를 배치하고, 상기 절연막 상에 두 개의 전극들과 상기 전극들 사이에 감지층을 배치하는 구성을 가진다. In the metal oxide semiconductor sensor, an electrode, a micro heater, and a sensing layer on a membrane structure may be configured based on MEMS technology. The metal oxide sensor forms an empty space between a substrate made of silicon and an insulating film made of silicon oxide, a micro heater is disposed in the empty space, and two electrodes on the insulating film and a sensing layer between the electrodes. It has a layout configuration.

유기기반 화학반응 가스 센서는 두 개의 서로 맞물린 전극 사이에 감지 물질을 배치하고, 상기 감지 물질의 저항 변화를 측정하는 구조를 가지며, 상술한 마이크로 히터를 요구하지 않는 장점이 있다. 상기 유기기반 화학반응 가스 센서는 고감도 센서 제작, 일회성 측정에는 유리한 장점이 있다.The organic-based chemical reaction gas sensor has a structure in which a sensing material is disposed between two interdigitated electrodes, a change in resistance of the sensing material is measured, and the above-described micro-heater is not required. The organic-based chemical reaction gas sensor has advantages in manufacturing a high-sensitivity sensor and one-time measurement.

상기 금속 산화물 반도체 센서는 실리콘, 실리콘 탄화물, 갈륨 질화물 등과 같은 경성(rigid) 물질을 기반으로 구성되는 것이 일반적이다. 최근에는, PET(polyethyleneterephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), 파릴렌(parylene), 나이론(nylon), PDMS, PI(polystyrene and polyimide) 등의 플라스틱, 종이, 섬유 등과 같은 플렉시블 기판을 사용하여 플렉시블 가스센서를 제작할 수 있다. 그러나, 이러한 플렉시블 가스센서는 300℃ 이하 낮은 온도에서 사용이 가능한 한계가 있다. 예를 들어, PET는 최대동작온도가 170℃, PEN은 155℃, PI는 400℃ 이다.The metal oxide semiconductor sensor is generally constructed based on a rigid material such as silicon, silicon carbide, gallium nitride, or the like. Recently, a flexible gas sensor using a flexible substrate such as plastic, paper, fiber, etc., such as PET (polyethyleneterephthalate), PEN (polyethylene naphthalate), parylene, nylon, PDMS, PI (polystyrene and polyimide), etc. can be produced. However, such a flexible gas sensor has a limitation in that it can be used at a low temperature of 300° C. or less. For example, PET has a maximum operating temperature of 170°C, PEN is 155°C, and PI is 400°C.

그러나, 상기 금속 산화물 센서는 내부에 빈 공간을 형성하고 마이크로 히터를 배치하는 등 그 구조가 상대적으로 복잡한 한계가 있다. 상기 유기기반 화학반응 가스 센서는 흡착된 가스로 인해 드리프트(drift), 선택도 감소가 발생하여 반복 측정 또는 연속적 사용이 어려운 한계가 있다. 상기 플렉시블 가스센서는 상기 플렉시블 기판을 고온으로 유지할 수 없어, 고온 동작을 필요로 하는 분야에 사용할 수 없는 한계가 있다.However, the metal oxide sensor has a relatively complicated structure, such as forming an empty space therein and arranging a micro heater. The organic-based chemical reaction gas sensor has a limitation in that repeated measurement or continuous use is difficult because drift and selectivity decrease due to the adsorbed gas. Since the flexible gas sensor cannot maintain the flexible substrate at a high temperature, there is a limitation that it cannot be used in a field requiring high-temperature operation.

본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 고온에서 작동가능하고 플렉시블 특성을 가지는 플렉시블 가스 센서 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.The technical problem to be achieved by the technical idea of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a flexible gas sensor that is operable at a high temperature and has flexible characteristics, and a method for manufacturing the same.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니다.However, these tasks are exemplary, and the technical spirit of the present invention is not limited thereto.

본 발명의 기술적 사상에 따른 플렉시블 가스 센서는, 지지 부재 상에 배치된 제1 전극; 상기 지지 부재 상에 배치되고 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되도록 배치되고, 내부에 배치된 히터 코어층; 상기 히터 코어층을 둘러싸도록 배치된 부식 방지층; 및 상기 부식 방지층을 둘러싸도록 배치된 가스 감지층;을 포함하는, 하나 또는 그 이상의 가스센서 부재;를 포함한다.A flexible gas sensor according to the technical concept of the present invention includes: a first electrode disposed on a support member; a second electrode disposed on the support member and facing the first electrode; and a heater core layer disposed to be electrically connected to the first electrode and the second electrode and disposed therein. an anti-corrosion layer disposed to surround the heater core layer; and one or more gas sensor members including; a gas sensing layer disposed to surround the corrosion prevention layer.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 가스센서 부재는 와이어 형상을 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the gas sensor member may have a wire shape.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 가스센서 부재는 제1 단부가 상기 제1 전극에 의하여 지지되고, 제2 단부가 상기 제2 전극에 의하여 지지됨으로서, 중앙부가 노출되도록 걸쳐질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the gas sensor member has a first end supported by the first electrode and a second end supported by the second electrode, so that a central portion thereof is exposed.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 가스센서 부재는 원형, 팔각형, 사각형, 또는 삼각형의 단면을 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the gas sensor member may have a circular, octagonal, quadrangular, or triangular cross section.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 히터 코어층은 1 μm 내지 500 μm 범위의 지름을 가지고, 철계 합금을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the heater core layer has a diameter in the range of 1 μm to 500 μm, may include an iron-based alloy.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 부식 방지층은 10 nm 내지 1,000 nm 범위의 두께를 가지고, 구리-아연(Cu-Zn) 합금을 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the corrosion protection layer has a thickness in the range of 10 nm to 1,000 nm, may include a copper-zinc (Cu-Zn) alloy.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 가스 감지층은 그래핀, 산화그래핀, 환원산화그래핀, 탄소나노튜브, 및 금속-탄소 화합물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the gas sensing layer may include at least one of graphene, graphene oxide, graphene reduced oxide, carbon nanotubes, and a metal-carbon compound.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 가스 감지층은 1 nm 내지 1,000 nm 범위의 두께를 가질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the gas sensing layer may have a thickness in the range of 1 nm to 1,000 nm.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 부식 방지층과 상기 가스 감지층 사이에 배치된 씨드층을 더 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, a seed layer disposed between the corrosion prevention layer and the gas sensing layer may be further included.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 씨드층은 아연(Zn), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 마그네슘(Mg), 주석(Sn), 백금(Pt), 크롬(Cr), 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the seed layer is zinc (Zn), nickel (Ni), palladium (Pd), magnesium (Mg), tin (Sn), platinum (Pt), chromium (Cr), and these may include at least one of the alloys of

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 지지 부재는, 유연성을 가지는 물질을 포함하고, 종이, 섬유, 고무, 플라스틱, 및 고분자 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the support member may include a material having flexibility, and may include at least one of paper, fiber, rubber, plastic, and polymer.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나에 전기적으로 연결되어 전력을 제공하여 상기 히터 코어층을 가열하는, 전원을 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the first electrode and the second electrode is electrically connected to at least one to provide power to heat the heater core layer, the power supply may further include.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 히터 코어층은 상기 전원으로부터 전력을 제공받아 줄(Joule) 열 증가에 따라 가열되어, 상기 가스센서 부재의 외표면에 부착된 가스 물질을 탈착시켜 제거할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the heater core layer is heated according to the increase in Joule heat by receiving electric power from the power source, and can be removed by desorbing the gas material attached to the outer surface of the gas sensor member. have.

본 발명의 기술적 사상에 따른 플렉시블 가스 센서의 제조 방법은, 히터 코어층 및 부식 방지층이 형성된 와이어를 제공하는 단계; 상기 와이어의 표면을 전처리하는 단계; 및 상기 와이어의 표면에 가스 감지층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 히터 코어층, 상기 부식 방지층, 및 상기 가스 감지층은 가스센서 부재를 구성한다.A method of manufacturing a flexible gas sensor according to the technical concept of the present invention, comprising the steps of: providing a wire formed with a heater core layer and a corrosion prevention layer; pre-treating the surface of the wire; and forming a gas sensing layer on the surface of the wire, wherein the heater core layer, the corrosion prevention layer, and the gas sensing layer constitute a gas sensor member.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 와이어의 표면을 전처리하는 단계에서, 상기 전처리는 상압 플라즈마를 이용하고, 2 mm 내지 10 mm 범위의 전극간 거리, 50 W 내지 1000 W 범위의 구동 전력, 1% 내지 7% 범위의 수소를 포함하는 플라즈마 형성 기체, 1 리터/분 내지 10 리터/분의 상기 플라즈마 형성 기체의 유량에서 수행될 수 있다.In one embodiment of the present invention, in the step of pre-treating the surface of the wire, the pre-treatment uses atmospheric pressure plasma, an inter-electrode distance in a range of 2 mm to 10 mm, a driving power in a range of 50 W to 1000 W, 1 % to 7% of a plasma-forming gas comprising hydrogen, and a flow rate of the plasma-forming gas of 1 liter/min to 10 liter/min.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 와이어의 표면을 전처리하는 단계에서, 상기 전처리는 상압 플라즈마를 이용하고, 상기 와이어는 0.1 mm/초 내지 50 mm/초의 속도로 이동하고, 상기 와이어의 상부를 플라즈마 1차 처리한 후에, 방향을 바꾸어 상기 와이어의 하부를 플라즈마 2차 처리할 수 있다.In one embodiment of the present invention, in the step of pre-treating the surface of the wire, the pre-treatment uses atmospheric pressure plasma, and the wire moves at a speed of 0.1 mm/sec to 50 mm/sec, and the upper part of the wire After the primary plasma treatment, the direction may be changed and the lower portion of the wire may be subjected to secondary plasma treatment.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 와이어의 표면을 전처리하는 단계를 수행한 후에, 상기 와이어의 표면에 씨드층을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, after performing the step of pre-treating the surface of the wire, forming a seed layer on the surface of the wire; may further include.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 씨드층을 형성하는 단계는 전해 도금 또는 무전해 도금을 이용하여 수행될 수 있다.In one embodiment of the present invention, forming the seed layer may be performed using electrolytic plating or electroless plating.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 와이어의 표면에 가스 감지층을 형성하는 단계는, 상기 와이어 상에 산화그래핀과 폴리비닐알코올을 포함하는 수용액에 침지하여, 상기 와이어 상에 산화그래핀과 폴리비닐알코올을 포함하는 산화그래핀층을 형성하는 단계; 및 상기 와이어를 100℃ 내지 300℃ 범위의 온도에서 1분 내지 30분 범위의 온도에서 열처리하여 상기 산화그래핀층을 환원시켜 환원산화그래핀을 포함하는 상기 가스 감지층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of forming a gas sensing layer on the surface of the wire is immersed in an aqueous solution containing graphene oxide and polyvinyl alcohol on the wire, and graphene oxide and forming a graphene oxide layer containing polyvinyl alcohol; and heat-treating the wire at a temperature in the range of 100° C. to 300° C. at a temperature in the range of 1 minute to 30 minutes to reduce the graphene oxide layer to form the gas sensing layer containing reduced graphene oxide. can

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 환원산화그래핀을 포함하는 상기 가스 감지층을 형성하는 단계를 수행한 후에, 상기 가스 감지층의 표면을 후처리하는 단계;를 더 포함하고, 상기 후처리하는 단계는, 상기 와이어를 20℃ 내지 300℃ 범위의 온도에서 상압 플라즈마를 이용하여 상기 가스 감지층의 불순물 제거 및 기능화 처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, after performing the step of forming the gas sensing layer containing the reduced oxide graphene, post-processing the surface of the gas sensing layer; further comprising, the post-treatment The performing may include performing impurity removal and functionalization treatment of the gas sensing layer using atmospheric plasma at a temperature in the range of 20° C. to 300° C. for the wire.

본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 와이어는 소우(saw) 와이어를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the wire may include a saw wire.

본 발명의 기술적 사상에 따른 플렉시블 가스 센서는 안전용 가스 센서 기술로서 특히 수소 가스를 포함한 다양한 가스의 누설 여부를 감지할 수 있다. 또한, 소우 와이어와 같은 철계 합금 와이어 상에 가스센서를 형성하므로, 300℃ 이상의 고온에서 사용이 가능할 수 있다. 구체적으로, 유기기반 화학 반응 가스 센서에서 발생되는 가스를 흡착과 같은 방식으로 감지할 수 있고, 센서의 드리프트, 선택도 등의 감소 특성을 해결할 수 있고, 종이, 섬유, 고분자 등의 종래의 플렉시블 기판을 와이어 형상의 센서로서 대체할 수 있다. 또한 선형 와이어 상에 가스 감지층을 형성하므로, 3차원 적으로 360도로 가스 감지가 가능하다.The flexible gas sensor according to the technical idea of the present invention is a safety gas sensor technology, and in particular, can detect whether various gases including hydrogen gas leak. In addition, since the gas sensor is formed on an iron-based alloy wire such as a saw wire, it may be used at a high temperature of 300° C. or more. Specifically, it is possible to detect the gas generated from the organic-based chemical reaction gas sensor in the same way as adsorption, solve the sensor's drift and selectivity reduction characteristics, and use conventional flexible substrates such as paper, fiber, and polymer. can be replaced as a wire-shaped sensor. In addition, since the gas sensing layer is formed on the linear wire, it is possible to sense the gas in three dimensions 360 degrees.

본 발명의 기술적 사상에 따른 플렉시블 가스 센서의 제조 방법은 와이어를 이용하므로, 연속 공정을 사용할 수 있으므로, 공정 시간과 비용을 감소시킬 수 있으며, 더 나아가 원하는 길이로 가스 센서를 용이하게 제작할 수 있다. 또한, 와이어 표면 전체에 대하여 3차원적으로 가스 감지층을 형성할 수 있으므로, 민감도를 형성할 수 있다. 또한, 종래의 전기식 센서에 비해 수소가스 및 화학물 누출에 대한 감지 모듈 제작이 상대적으로 저렴하게 가능하고, 골곡면과 긴 센서를 요구하는 작업이 어려운 분야에 적용하여 대량의 센서 적용이 가능하므로 안전성을 향상시킬 수 있다.Since the manufacturing method of the flexible gas sensor according to the technical idea of the present invention uses a wire, a continuous process can be used, so that the process time and cost can be reduced, and furthermore, the gas sensor can be easily manufactured to a desired length. In addition, since the gas sensing layer can be formed three-dimensionally on the entire surface of the wire, sensitivity can be formed. In addition, compared to conventional electric sensors, it is possible to manufacture a detection module for hydrogen gas and chemical leakage at a relatively low cost, and it is possible to apply a large amount of sensors to fields that require corrugated surfaces and long sensors that are difficult to work with. can improve

본 발명의 플렉시블 가스 센서는 초소형 센서 제작시 종래의 전기식 센서에 비해 상대적으로 저렴하게 수소가스를 감지하는 모듈 제작이 가능하고, 작업이 어려운 분야에 적용하여 대량의 센서 적용이 가능해 안전성이 향상될 수 있다. 안전용 가스 센서 기술로 특히 가스의 누설 여부를 감지할 필요가 있는 대표적인 기체는 수소센서이며, 따라서, 수소 센서는 수소전기차 뿐만 아니라 수소의 생산/이송/활용의 전 영역에서 소요되는 안전관리를 위한 필수 부품으로 미세 센서 성능 향상에 적용이 가능하고, 상기 수소 센서 및 화학물 센서는 본 발명의 기술적 사상에 따른 플렉시블 가스 센서로서 제공될 수 있다.The flexible gas sensor of the present invention can manufacture a module that detects hydrogen gas at a relatively low cost compared to the conventional electric sensor when manufacturing a miniature sensor, and can be applied to a difficult field to apply a large number of sensors, so safety can be improved. have. As a safety gas sensor technology, a representative gas that needs to detect gas leakage is a hydrogen sensor. Therefore, the hydrogen sensor is a hydrogen sensor for safety management required in all areas of hydrogen production/transfer/utilization as well as hydrogen electric vehicles. As an essential part, it can be applied to the improvement of fine sensor performance, and the hydrogen sensor and the chemical sensor can be provided as a flexible gas sensor according to the technical concept of the present invention.

상술한 본 발명의 효과들은 예시적으로 기재되었고, 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The above-described effects of the present invention have been described by way of example, and the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 플렉시블 가스 센서를 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 플렉시블 가스 센서(100)에 배치되는 가스센서 부재를 도시하는 단면도들이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 플렉시블 가스 센서의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 도 3의 플렉시블 가스 센서의 제조 방법에서 사용되는, 히터 코어층 및 부식 방지층이 형성된 와이어의 일예를 도시하는 사진이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 도 3의 플렉시블 가스 센서의 제조 방법에서 사용되는, 전처리 공정을 예시적으로 도시하는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 도 3의 플렉시블 가스 센서의 제조 방법에서 씨드층 형성 전후의 와이어의 표면을 관찰한 광학현미경 사진들이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 도 3의 플렉시블 가스 센서의 제조 방법에서, 가스 감지층으로서 형성한 환원산화그래핀층을 도시하는 현미경 사진들이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 도 3의 플렉시블 가스 센서의 제조 방법에서, 와이어 상에 가스 감지층으로서 형성한 환원산화그래핀층이 형성되기 전과 후를 도시하는 현미경 사진들이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 도 3의 플렉시블 가스 센서의 제조 방법에 따라 형성한 플렉시블 가스 센서를 도시하는 사진이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 플렉시블 가스 센서를 이용하여 수소 가스를 감지한 결과를 나타낸 그래프이다.1 is a schematic diagram showing a flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating a gas sensor member disposed in the flexible gas sensor 100 according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a photograph showing an example of a wire in which a heater core layer and a corrosion prevention layer are formed, which is used in the manufacturing method of the flexible gas sensor of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention.
5 is a schematic diagram exemplarily illustrating a pretreatment process, which is used in the method for manufacturing the flexible gas sensor of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention.
6 is an optical micrograph of the surface of a wire before and after formation of a seed layer in the method of manufacturing the flexible gas sensor of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention.
7 is a photomicrograph showing a reduced oxide graphene layer formed as a gas sensing layer in the manufacturing method of the flexible gas sensor of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention.
8 is a photomicrograph showing before and after a reduced oxide graphene layer formed as a gas sensing layer on a wire is formed in the manufacturing method of the flexible gas sensor of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention.
9 is a photograph showing a flexible gas sensor formed according to the manufacturing method of the flexible gas sensor of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention.
10 is a graph showing a result of detecting hydrogen gas using a flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 기술적 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다. 본 명세서에서 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다. 나아가, 도면에서의 다양한 요소와 영역은 개략적으로 그려진 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상은 첨부한 도면에 그려진 상대적인 크기나 간격에 의해 제한되지 않는다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the technical idea of the present invention to those of ordinary skill in the art, and the following examples may be modified in various other forms, The scope of the technical idea is not limited to the following examples. Rather, these embodiments are provided so as to more fully and complete the present disclosure, and to fully convey the technical spirit of the present invention to those skilled in the art. In the present specification, the same reference numerals refer to the same elements throughout. Furthermore, various elements and regions in the drawings are schematically drawn. Accordingly, the technical spirit of the present invention is not limited by the relative size or spacing drawn in the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 플렉시블 가스 센서(100)를 도시하는 개략도이다.1 is a schematic diagram showing a flexible gas sensor 100 according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 플렉시블 가스 센서(100)는 제1 전극(120), 제2 전극(130), 및 하나 또는 그 이상의 가스센서 부재(140)를 포함한다. 또한, 플렉시블 가스 센서(100)는 전원(150)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the flexible gas sensor 100 includes a first electrode 120 , a second electrode 130 , and one or more gas sensor members 140 . In addition, the flexible gas sensor 100 may further include a power source 150 .

지지 부재(110)는 제1 전극(120)과 제2 전극(130)을 지지하는 기능을 수행할 수 있고, 유연성을 가지는 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어 종이, 섬유, 고무, 플라스틱, 및 고분자 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 지지 부재(110)는 감지 대상물인 가스 배관, 화학물 수송 배관, 가스 라인 등을 포함할 수 있다.The support member 110 may perform a function of supporting the first electrode 120 and the second electrode 130, and may include a material having flexibility, for example, paper, fiber, rubber, plastic, and at least one of a polymer. In addition, the support member 110 may include a gas pipe, a chemical transport pipe, a gas line, etc. that are sensing objects.

제1 전극(120)과 제2 전극(130)은 각각 지지 부재(110) 상에 배치되고, 서로 대향하여 배치될 수 있다. 제1 전극(120)과 제2 전극(130)은 도전물을 포함할 수 있고, 예를 들어 금속 또는 탄소 물질을 포함할 수 있고, 예를 들어, 금, 은, 구리, 알루미늄, 철, 스틸, 스테인리스 스틸, 및 이들의 합금 등을 포함할 수 있다.The first electrode 120 and the second electrode 130 may be respectively disposed on the support member 110 and may be disposed to face each other. The first electrode 120 and the second electrode 130 may include a conductive material, for example, a metal or a carbon material, for example, gold, silver, copper, aluminum, iron, steel. , stainless steel, and alloys thereof.

가스센서 부재(140)는 제1 전극(120)과 제2 전극(130)에 전기적으로 연결되도록 배치될 수 있다. 가스센서 부재(140)는 와이어 형상을 가질 수 있고, 단수의 와이어로 구성되거나 복수의 와이어로 구성될 수 있다. 가스센서 부재(140)는 제1 단부(141)가 제1 전극(120)에 의하여 지지되고, 제2 단부(142)가 제2 전극(130)에 의하여 지지됨으로서, 중앙부(143)가 전체적으로 노출되도록 걸쳐질 수 있다. 따라서, 중앙부(143)에서는 3차원적으로 가스 감지가 가능할 수 있다. 가스센서 부재(140)의 구조에 대하여는 하기의 도 2에서 상세하게 설명하기로 한다.The gas sensor member 140 may be disposed to be electrically connected to the first electrode 120 and the second electrode 130 . The gas sensor member 140 may have a wire shape, and may consist of a single wire or a plurality of wires. As for the gas sensor member 140 , the first end 141 is supported by the first electrode 120 and the second end 142 is supported by the second electrode 130 , so that the central portion 143 is exposed as a whole. It can be spanned as much as possible. Accordingly, the central portion 143 may be capable of three-dimensional gas sensing. The structure of the gas sensor member 140 will be described in detail with reference to FIG. 2 below.

전원(150)은 제1 전극(120) 및 제2 전극(130) 증 어느 하나에 또는 둘 다에 전기적으로 연결되어 전력을 제공할 수 있다. 상기 전력을 이용하여 가스센서 부재(140)의 히터 코어층(145)을 가열시킬 수 있다.The power source 150 may be electrically connected to any one or both of the first electrode 120 and the second electrode 130 to provide power. The heater core layer 145 of the gas sensor member 140 may be heated using the power.

플렉시블 가스 센서(100)는 가스 배관, 화학물 수송 배관, 가스 라인 상에 배치될 수 있고, 또한 가스 배관, 화학물 수송 배관, 가스 라인을 감싸도록 설치될 수 있다.The flexible gas sensor 100 may be disposed on a gas pipe, a chemical transport pipe, and a gas line, and may be installed to surround the gas pipe, the chemical transport pipe, and the gas line.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 플렉시블 가스 센서(100)에 배치되는 가스센서 부재(140)를 도시하는 단면도들이다.2 is a cross-sectional view illustrating a gas sensor member 140 disposed in the flexible gas sensor 100 according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 가스센서 부재(140)의 다양한 단면 형상이 나타나 있고, 예를 들어, (a)는 가스센서 부재(140a)의 단면이 원형인 경우이고, (b)는 가스센서 부재(140b)의 단면이 사각형인 경우이고, (c)는 가스센서 부재(140c)의 단면이 삼각형인 경우이다. 그러나, 이는 예시적이며 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되는 것은 아니고 다양한 단면 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 가스센서 부재(140)는 팔각형과 같은 다각형 단면 형상을 가질 수 있다.Referring to FIG. 2 , various cross-sectional shapes of the gas sensor member 140 are shown, for example, (a) is a case in which the gas sensor member 140a has a circular cross-section, and (b) is a gas sensor member ( The cross section of 140b) is a quadrilateral, and (c) is a case of the gas sensor member 140c having a triangular cross section. However, this is exemplary and the technical spirit of the present invention is not limited thereto and may have various cross-sectional shapes. For example, the gas sensor member 140 may have a polygonal cross-sectional shape such as an octagon.

가스센서 부재(140, 140a, 140b, 140c)는 내부에 배치된 히터 코어층(145); 히터 코어층(145)을 둘러싸도록 배치된 부식 방지층(147); 및 부식 방지층(147)을 둘러싸도록 배치된 가스 감지층(149);을 포함한다. 또한, 가스센서 부재(140, 140a, 140b, 140c)는 씨드층(148)을 선택적으로 더 포함할 수 있다.The gas sensor members 140, 140a, 140b, and 140c include a heater core layer 145 disposed therein; an anti-corrosion layer 147 disposed to surround the heater core layer 145; and a gas sensing layer 149 disposed to surround the corrosion prevention layer 147 . In addition, the gas sensor members 140 , 140a , 140b , and 140c may optionally further include a seed layer 148 .

히터 코어층(145)은 전원(150)으로부터 전력을 제공받아 줄(Joule) 열 증가에 증가에 따라 가열될 수 있다. 이러한 가열에 의하여 가스센서 부재(140)의 외표면에 부착된 가스 물질을 탈착시켜 제거할 수 있다. 즉, 플렉시블 가스 센서(100)를 사용한 후에는, 감지된 가스 물질이 가스센서 부재(140)의 외표면, 즉 가스 감지층(149)에 부착될 수 있고, 이에 따라 정확도와 민감도가 저하될 수 있다. 히터 코어층(145)이 가열되면, 열전달에 의하여 가스 감지층(149)이 가열되고, 이어서 부착된 상기 가스 물질이 가열되어 가스 감지층(149)으로부터 탈착되고, 이에 따라 플렉시블 가스 센서(100)를 재사용할 수 있으므로, 반복 사용성의 특성을 증가시킬 수 있다. The heater core layer 145 may receive power from the power source 150 and be heated according to an increase in Joule heat. By such heating, the gas material attached to the outer surface of the gas sensor member 140 may be desorbed and removed. That is, after using the flexible gas sensor 100 , the sensed gas material may be attached to the outer surface of the gas sensor member 140 , that is, the gas sensing layer 149 , and thus accuracy and sensitivity may be deteriorated. have. When the heater core layer 145 is heated, the gas sensing layer 149 is heated by heat transfer, and then the attached gas material is heated and desorbed from the gas sensing layer 149 , and accordingly, the flexible gas sensor 100 . can be reused, increasing the characteristics of repeatability.

히터 코어층(145)은 다양한 수치를 가질 수 있고, 줄열 증가가 유도될 수 있는 다양한 물질로 구성될 수 있다. 예를 들어, 히터 코어층(145)은 1 μm 내지 500 μm 범위의 지름을 가질 수 있고, 예를 들어 철계 합금을 포함할 수 있다. 지름 500 μm 이하의 히터 코어층(145)을 가지는 경우에는, 변형이 용이하여 원하는 다양한 형태를 구현할 수 있다. 따라서, 종래의 종이, 섬유, 폴리머 기판 등과 같은 플렉시블 기판을 대체할 수 있다.The heater core layer 145 may have various values, and may be made of various materials that can induce an increase in Joule heat. For example, the heater core layer 145 may have a diameter ranging from 1 μm to 500 μm, and may include, for example, an iron-based alloy. In the case of having the heater core layer 145 having a diameter of 500 μm or less, it can be easily deformed and various desired shapes can be implemented. Therefore, it can replace a flexible substrate such as a conventional paper, fiber, polymer substrate, and the like.

예를 들어, 히터 코어층(145)은 예를 들어 소우 와이어(saw wire)를 이용하여 구성할 수 있고, 이러한 경우에는 상기 소우 와이어 자체를 히터로서 사용할 수 있다. 상기 소우 와이어, 또는 상기 철계 합금을 사용하는 경우, 반도체 기판에서 제작된 센서 소자를 이용하는 경우에 비하여 낮은 가격으로 플렉시블 가스 센서(100)의 제작이 가능하며, 와이어 형태를 그대로 사용하므로, 3차원으로 360도 전체적으로 가스 감지가 가능한 플렉시블 가스 센서(100)의 제작이 가능하다. 또한, 상기 소우 와이어 및 상기 철계 합금은 재료 특성상 300℃ 이상의 고온에서도 사용이 가능하고, 가스 감지층(149)의 물질과 제1 및 제2 전극들(120, 130)의 물질을 적절하게 선택하면, 플렉시블 가스 센서(100)는 300℃ 이상의 고온에서 장기간 사용할 수 있다.For example, the heater core layer 145 may be formed using, for example, a saw wire, and in this case, the saw wire itself may be used as a heater. When the saw wire or the iron-based alloy is used, the flexible gas sensor 100 can be manufactured at a lower price compared to the case of using a sensor element manufactured on a semiconductor substrate. It is possible to manufacture the flexible gas sensor 100 capable of detecting gas in an entire 360 degrees. In addition, the saw wire and the iron-based alloy can be used at a high temperature of 300° C. or higher due to the characteristics of the material, and when the material of the gas sensing layer 149 and the material of the first and second electrodes 120 and 130 are appropriately selected, , the flexible gas sensor 100 can be used for a long time at a high temperature of 300° C. or higher.

가스 센서가 전자 장치와 집적되어 사용되기 위하여는 물질의 TCR(temperature coefficient of resistance) 특성이 우수하여야 한다. 상기 TCR은 TCR = 1/R(dR/dT) 으로 정의될 수 있고, 본 발명에 예시적으로 사용된 소우 와이어의 TCR 값은 상온에서 150℃ 범위에서 측정한 결과 1683.4 ppm/K 으로 나타났다. 상기 TCR 값은 가스 감지층의 증착 조건을 최적화하여 0에 가까운 값을 얻을 수 있다.In order for a gas sensor to be integrated with an electronic device and used, a material must have excellent temperature coefficient of resistance (TCR) characteristics. The TCR may be defined as TCR = 1/R (dR/dT), and the TCR value of the saw wire used as an example in the present invention was 1683.4 ppm/K as a result of measurement at 150° C. at room temperature. The TCR value may be close to zero by optimizing the deposition conditions of the gas sensing layer.

부식 방지층(147)은 히터 코어층(145)의 부식을 방지하기 위한 층으로서, 히터 코어층(145)을 둘러싸도록 위치하고, 10 nm 내지 1,000 nm 범위의 두께를 가질 수 있고, 구리-아연(Cu-Zn) 합금을 포함할 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며, 부식 방지층(147)은 다양한 치수를 가지는 경우와 부식을 방지하는 기능을 수행하는 다양한 물질을 포함하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.The corrosion prevention layer 147 is a layer for preventing corrosion of the heater core layer 145 , is positioned to surround the heater core layer 145 , and may have a thickness in the range of 10 nm to 1,000 nm, and includes copper-zinc (Cu). -Zn) alloy. However, this is an example, and the case where the corrosion prevention layer 147 has various dimensions and the case where it includes various materials performing a function of preventing corrosion are also included in the technical spirit of the present invention.

가스 감지층(149)은 그래핀(graphene), 산화그래핀(graphene oxide, GO), 환원산화그래핀(reduced graphene oxide, RGO), 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT), 및 금속-탄소 화합물 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 그러나 이는 예시적이며, 가스 감지층(149)이 가스를 감지할 수 있는 다양한 물질을 포함하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다. 가스 감지층(149)은 1 nm 내지 1,000 nm 범위의 두께를 가질 수 있다.The gas sensing layer 149 is formed of graphene, graphene oxide (GO), reduced graphene oxide (RGO), carbon nanotube (CNT), and a metal-carbon compound. may include at least one of However, this is only an example, and a case in which the gas sensing layer 149 includes various materials capable of detecting a gas is also included in the technical spirit of the present invention. The gas sensing layer 149 may have a thickness ranging from 1 nm to 1,000 nm.

씨드층(148)은, 부식 방지층(147)과 가스 감지층(149) 사이에 배치되거나 또는 히터 코어층(145)와 부식 방지층(147) 사이에 배치될 수 있다. 씨드층(148)은 히터 코어층(145) 또는 가스 감지층(149)의 표면 거칠기를 증가시킬 수 있고, 이에 따라 씨드층(148) 상에 배치되는 가스 감지층(149)의 표면 거칠기를 함께 증가시킴으로서 감지 민감도를 향상시킬 수 있다. 씨드층(148)은 금속 또는 금속 합금을 포함할 수 있고, 예를 들어 아연(Zn), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 마그네슘(Mg), 주석(Sn), 백금(Pt), 크롬(Cr), 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 씨드층(148)은 예를 들어 아연-니켈(Zn-Ni) 합금을 포함할 수 있다. 씨드층(148)은 10 nm 내지 1,000 nm 범위의 두께를 가질 수 있다. 씨드층(148)은 상술한 방점에도 불구하고, 센서의 제조 공정을 복잡하게 하고 센서의 단가를 증가시킬 우려가 있으므로, 씨드층(148)은 선택적인 구성요소로서 생략될 수 있다.The seed layer 148 may be disposed between the corrosion protection layer 147 and the gas sensing layer 149 or between the heater core layer 145 and the corrosion protection layer 147 . The seed layer 148 may increase the surface roughness of the heater core layer 145 or the gas sensing layer 149 , thereby increasing the surface roughness of the gas sensing layer 149 disposed on the seed layer 148 together. By increasing it, the detection sensitivity can be improved. The seed layer 148 may include a metal or a metal alloy, for example, zinc (Zn), nickel (Ni), palladium (Pd), magnesium (Mg), tin (Sn), platinum (Pt), chromium. (Cr), and may include at least one of alloys thereof. The seed layer 148 may include, for example, a zinc-nickel (Zn-Ni) alloy. The seed layer 148 may have a thickness ranging from 10 nm to 1,000 nm. The seed layer 148 may be omitted as an optional component because the seed layer 148 may complicate the manufacturing process of the sensor and increase the unit cost of the sensor despite the above-mentioned points.

이하에서는, 본 발명의 기술적 사상에 따른 플렉시블 가스 센서(100)의 제조 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of manufacturing the flexible gas sensor 100 according to the technical idea of the present invention will be described.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 플렉시블 가스 센서(100)의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing the flexible gas sensor 100 according to an embodiment of the present invention.

도 3은 참조하면, 플렉시블 가스 센서(100)의 제조 방법은, 히터 코어층 및 부식 방지층이 형성된 와이어를 제공하는 단계(S110); 상기 와이어의 표면을 전처리하는 단계(S120); 및 상기 와이어의 표면에 가스 감지층을 형성하는 단계(S140)를 포함한다. 상기 히터 코어층, 상기 부식 방지층, 및 상기 가스 감지층은 가스센서 부재를 구성할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the method for manufacturing the flexible gas sensor 100 includes providing a wire having a heater core layer and a corrosion-preventing layer formed thereon ( S110 ); pre-treating the surface of the wire (S120); and forming a gas sensing layer on the surface of the wire (S140). The heater core layer, the corrosion prevention layer, and the gas sensing layer may constitute a gas sensor member.

또한, 플렉시블 가스 센서(100)의 제조 방법은, 상기 와이어의 표면을 플라즈마 처리하는 단계(S120)를 수행한 후에, 상기 와이어의 표면에 씨드층을 형성하는 단계(S130)를 더 포함할 수 있다. 이러한 경우 상기 가스 감지층은 상기 씨드층을 덮도록 형성될 수 있다.In addition, the method of manufacturing the flexible gas sensor 100 may further include the step (S130) of forming a seed layer on the surface of the wire after performing the step (S120) of plasma-treating the surface of the wire (S130). . In this case, the gas sensing layer may be formed to cover the seed layer.

또한, 플렉시블 가스 센서(100)의 제조 방법은, 상기 와이어의 표면에 가스 감지층을 형성하는 단계(S140)를 수행한 후에, 상기 가스 감지층의 표면을 후처리하는 단계(S150);를 더 포함할 수 있다.In addition, the manufacturing method of the flexible gas sensor 100, after performing the step (S140) of forming a gas sensing layer on the surface of the wire, post-processing the surface of the gas sensing layer (S150); may include

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 도 3의 플렉시블 가스 센서(100)의 제조 방법에서 사용되는, 히터 코어층 및 부식 방지층이 형성된 와이어의 일예를 도시하는 사진이다.FIG. 4 is a photograph showing an example of a wire having a heater core layer and a corrosion prevention layer formed therein, used in the method of manufacturing the flexible gas sensor 100 of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 히터 코어층 및 상기 부식 방지층이 형성된 와이어를 제공하는 단계(S110)에서, 상기 와이어는 상술한 바와 같이 다양한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 히터 코어층 및 상기 부식 방지층이 형성된 와이어(190)로서, 도 4의 릴에 감겨있는 지름 60 μm의 소우 와이어(saw wire)를 사용할 수 있다. 이 경우, 상기 히터 코어층은 철계 합금으로 구성되고, 상기 부식 방지층은 구리-아연 합금으로 구성된다. 그러나, 이러한 물질은 예시적이며 상기 와이어가 다양한 물질을 포함하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다. 3 and 4 , in the step of providing the wire on which the heater core layer and the corrosion prevention layer are formed ( S110 ), the wire may include various materials as described above. For example, as the wire 190 on which the heater core layer and the corrosion prevention layer are formed, a saw wire having a diameter of 60 μm wound on the reel of FIG. 4 may be used. In this case, the heater core layer is composed of an iron-based alloy, and the corrosion prevention layer is composed of a copper-zinc alloy. However, these materials are exemplary, and a case in which the wire includes various materials is also included in the technical spirit of the present invention.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 도 3의 플렉시블 가스 센서(100)의 제조 방법에서 사용되는, 전처리 공정을 예시적으로 도시하는 개략도이다.5 is a schematic diagram exemplarily illustrating a pretreatment process used in the manufacturing method of the flexible gas sensor 100 of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention.

도 3 및 도 5를 참조하면, 상기 와이어의 표면을 전처리하는 단계(S120)에서는, 상기 와이어 상에 잔존하는 불순물을 제거할 수 있다. 일반적으로 수분이 포함된 대기 환경에서는, 상기 와이어를 구성하는 금속 등은 산화가 용이하게 발생하여 표면에 산화층이 형성된다. 따라서, 이러한 산화층은 와이어와 이후에 형성되는 가스 감지층의 접합력을 저하시키므로, 상기 산화층을 제거할 필요가 있으며, 또한, 불필요한 불순물을 제거할 필요가 있다. 이러한 제거를 위하여 전처리를 할 필요가 있다.3 and 5 , in the pretreatment of the surface of the wire ( S120 ), impurities remaining on the wire may be removed. In general, in an atmospheric environment containing moisture, metals constituting the wire are easily oxidized to form an oxide layer on the surface. Therefore, since the oxide layer lowers the bonding strength between the wire and the gas sensing layer to be formed thereafter, it is necessary to remove the oxide layer and also to remove unnecessary impurities. It is necessary to pre-treat for such removal.

상기 전처리로서, 습식 방식 또는 건식 방식을 가능하다. 상기 습식 방식은 묽은 산과 같은 산을 이용하여 화학적 방식으로 수행될 수 있다. 상기 묽은 불산은 탈이온수:불산 = 100:1 내지 10:1 범위로 형성될 수 있다. 또한, 상기 습식 방식은 염기성 물질을 이용하여 화학적 방식으로 수행될 수 있다. 상기 건식 방식은 플라즈마를 이용하여 수행될 수 있다. 그러나, 이는 예시적이며, 불순물을 제거하는 기능을 수행할 수 있는 다양한 방법을 사용하는 경우도 본 발명의 기술적 사상에 포함된다.As the pretreatment, a wet method or a dry method is possible. The wet method may be performed in a chemical manner using an acid such as dilute acid. The dilute hydrofluoric acid may be formed in a range of deionized water:hydrofluoric acid = 100:1 to 10:1. In addition, the wet method may be performed by a chemical method using a basic material. The dry method may be performed using plasma. However, this is only an example, and the use of various methods capable of performing the function of removing impurities is also included in the technical spirit of the present invention.

플라즈마 장치(200)는 샤워헤드전극(210)과 대향전극(220)으로 구성될 수 있다. 샤워헤드전극(210)에 플라즈마 형성 기체가 주입되고 RF(radio frequency) 전력이 인가되면, 샤워헤드전극(210)으로부터 대향전극(220)을 향하여 플라즈마(230)가 방출된다. 제1 릴(240)에 감겨있는 와이어(190)가 풀려서 제2 릴(250)을 향하여 이동하여, 제2 릴(250)에서 권취된다. 와이어(190)는 샤워헤드전극(210)과 대향전극(220) 사이를 이동하여, 플라즈마(230)에 노출되어 플라즈마 처리되며, 즉 불순물을 제거할 수 있다. 상기 플라즈마 공정은 상압 플라즈마를 이용할 수 있다. The plasma apparatus 200 may include a showerhead electrode 210 and a counter electrode 220 . When the plasma forming gas is injected into the showerhead electrode 210 and RF (radio frequency) power is applied, the plasma 230 is emitted from the showerhead electrode 210 toward the counter electrode 220 . The wire 190 wound around the first reel 240 is unwound and moves toward the second reel 250 to be wound on the second reel 250 . The wire 190 moves between the showerhead electrode 210 and the counter electrode 220 , is exposed to the plasma 230 , and is plasma-treated, that is, impurities can be removed. The plasma process may use atmospheric pressure plasma.

상기 플라즈마 처리의 공정 조건은, 예를 들어 50 W 내지 1000 W 범위의 구동 전력, 와이어가 통과 할 수 있는 최소 거리로서 제공되는 전극간 거리로서, 예를 들어 2 mm 내지 10 mm 범위의 전극간 거리, 예를 들어 1% 내지 7% 범위의 수소를 포함하고, 예를 들어 5%의 수소를 포함하는 플라즈마 형성 기체, 예를 들어 1 리터/분 내지 10 리터/분의 상기 플라즈마 형성 기체 유량에서 수행될 수 있다. 상기 플라즈마 형성 기체는 수소-아르곤 혼합 기체, 수소-질소 혼합 기체, 또는 수소-질소-아르곤 혼합 기체를 포함할 수 있다. The process conditions of the plasma treatment are, for example, a driving power in the range of 50 W to 1000 W, an inter-electrode distance provided as a minimum distance through which a wire can pass, and an inter-electrode distance in a range of, for example, 2 mm to 10 mm. , for example, a plasma forming gas comprising hydrogen in the range of 1% to 7%, for example 5% hydrogen, for example performed at a flow rate of said plasma forming gas of 1 liter/min to 10 liters/min. can be The plasma-forming gas may include a hydrogen-argon mixed gas, a hydrogen-nitrogen mixed gas, or a hydrogen-nitrogen-argon mixed gas.

또한, 와이어(190)는 0.1 mm/초 내지 50 mm/초의 속도로 이동할 수 있고, 와이어(190)의 상부를 플라즈마 1차 처리한 후에, 방향을 바꾸어 와이어(190)의 하부를 플라즈마 2차 처리하는 2단계 처리로 수행될 수 있고, 이에 따라 와이어(190)를 전체적으로 플라즈마 처리할 수 있다. 상기 플라즈마 처리는 컨베이어 형태로서 일정 시간 후에 연속 처리될 수 있다.In addition, the wire 190 may move at a speed of 0.1 mm/sec to 50 mm/sec, and after plasma primary treatment of the upper portion of the wire 190, change the direction to perform secondary plasma treatment on the lower portion of the wire 190 This may be performed as a two-step process, and thus the wire 190 may be subjected to plasma treatment as a whole. The plasma treatment may be continuously performed after a predetermined time in the form of a conveyor.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 도 3의 플렉시블 가스 센서(100)의 제조 방법에서 씨드층 형성 전후의 와이어의 표면을 관찰한 광학현미경 사진들이다.6 are optical micrographs of observing the surface of a wire before and after forming a seed layer in the method of manufacturing the flexible gas sensor 100 of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention.

도 6에서, (a)는 씨드층을 형성하기 전의 와이어 표면 사진이고, (b)는 씨드층을 형성한 후의 와이어의 표면 사진이다.In FIG. 6 , (a) is a photograph of the surface of the wire before forming the seed layer, and (b) is a photograph of the surface of the wire after forming the seed layer.

도 3 및 도 6을 참조하면, 상기 와이어의 표면에 씨드층을 형성하는 단계(S130)를 수행하기 전과 후를 비교하면, 씨드층으로서 니켈-아연 합금층이 형성되어 표면 거칠기가 증가됨을 알 수 있다. 이와 같이 거칠 표면을 제공하는 씨드층에 의하여 상기 씨드층 상에 형성되는 가스 감지층의 표면 거칠기도 증가되고, 결과적으로 플렉시블 가스 센서의 민감도를 증가시킬 수 있다. 상기 씨드층은 통상적인 증착 방법, 전해 도금 또는 무전해 도금에 의하여 수행될 수 있다. 3 and 6, when comparing before and after performing the step (S130) of forming the seed layer on the surface of the wire, it can be seen that the nickel-zinc alloy layer is formed as the seed layer to increase the surface roughness. have. As such, the surface roughness of the gas sensing layer formed on the seed layer is increased by the seed layer providing the rough surface, and as a result, the sensitivity of the flexible gas sensor can be increased. The seed layer may be formed by a conventional deposition method, electrolytic plating, or electroless plating.

이어서, 상기 와이어의 표면에 가스 감지층을 형성하는 단계(S140);를 수행한다. 상기 가스 감지층은 상기 씨드층 상에 형성될 수 있다. 또는 상기 씨드층을 형성하지 않고, 상기 가스 감지층이 와이어를 덮도록 직접적으로 형성될 수 있고, 예를 들어 상기 히터 코어층을 덮는 상기 부식 방지층을 덮도록 형성될 수 있다. 상기 가스 감지층은 하기의 방식으로 형성될 수 있다.Then, forming a gas sensing layer on the surface of the wire (S140); is performed. The gas sensing layer may be formed on the seed layer. Alternatively, without forming the seed layer, the gas sensing layer may be directly formed to cover the wire, for example, to cover the corrosion prevention layer covering the heater core layer. The gas sensing layer may be formed in the following manner.

이하에서는 가스 감지막으로서 환원산화그래핀을 사용한 경우를 예시적으로 설명하기로 한다.Hereinafter, a case in which reduced oxide graphene is used as the gas sensing film will be exemplarily described.

상기 와이어의 표면에 가스 감지층을 형성하는 단계(S140)는, 상기 와이어 상에 산화그래핀과 폴리비닐알코올을 포함하는 수용액에 침지하여, 상기 와이어 상에 산화그래핀과 폴리비닐알코올을 포함하는 산화그래핀층을 형성하는 단계; 및 상기 와이어를 100℃ 내지 300℃ 범위의 온도에서 1분 내지 30분 범위의 온도에서 열처리하여 상기 산화그래핀층을 환원산화그래핀을 포함하는 상기 가스 감지층을 형성하는 단계;를 포함한다.The step (S140) of forming a gas sensing layer on the surface of the wire is immersed in an aqueous solution containing graphene oxide and polyvinyl alcohol on the wire, and includes graphene oxide and polyvinyl alcohol on the wire. forming a graphene oxide layer; and heat-treating the wire at a temperature in the range of 100° C. to 300° C. at a temperature in the range of 1 minute to 30 minutes to form the gas sensing layer including the reduced oxide graphene layer in the graphene oxide layer.

상기 침지하는 속도는 상술한 플라즈마 처리 시간과 연동되어 연속처리할 수 있다. 즉, 플라즈마 장치(200)를 지나간 와이어가 제2 릴(250)에 의하여 권취되기 전에 상기 용액에 침지될 수 있다. 또한, 용액 수조의 용기 형태를 변형하여 조절이 가능하다.The immersion speed may be continuously processed in conjunction with the plasma processing time described above. That is, the wire passing through the plasma device 200 may be immersed in the solution before being wound by the second reel 250 . In addition, it is possible to adjust the container shape of the solution tank.

산화그래핀은 일반적으로 폴리비닐알코올을 포함하는 수용액 내에서 분산이 잘되며, 열처리를 통한 표면 개질을 수행하면, 산화그래핀 만을 포함하는 경우에 비하여, 환원산화그래핀으로 용이하게 환원될 수 있다. 또한, 상기 폴리비닐알코올은 와이어에 코팅되는 혼합 용액의 점도를 조절하기 위해 알콜기(-OH)에 의한 점착 특성을 제공할 수 있다. 상기 산화그래핀은 지름 20 μm 이하의 그라파이트를 이용하여 제공할 수 있다.Graphene oxide is generally well dispersed in an aqueous solution containing polyvinyl alcohol, and when surface modification is performed through heat treatment, it can be easily reduced to reduced oxide graphene compared to the case containing only graphene oxide. . In addition, the polyvinyl alcohol may provide an adhesive property by an alcohol group (-OH) to control the viscosity of the mixed solution coated on the wire. The graphene oxide may be provided using graphite having a diameter of 20 μm or less.

이어서, 상기 산화그래핀층을 상기 와이어의 표면에 형성시킨 후에, 100℃ 내지 300℃ 범위의 온도에서 1분 내지 30분 범위의 온도에서 열처리하여 환원산화그래핀으로 형성된 상기 가스 감지층을 형성한다. 상기 폴리비닐알코올은 300℃ 이하의 온도에서 내부의 산소기에 의해서 쉽게 분해되고, 분해 후 잔존하는 물질은 저온에서 전기 전도성을 가지는 중합체를 형성하고, 수분 성분이 휘발되고, 비극성 물질인 폴리 아세틸렌을 형성하므로, 전기적 특성을 향상시킬 수 있다. Then, after the graphene oxide layer is formed on the surface of the wire, heat treatment is performed at a temperature in the range of 100° C. to 300° C. for 1 minute to 30 minutes to form the gas sensing layer formed of reduced graphene oxide. The polyvinyl alcohol is easily decomposed by the oxygen group inside at a temperature of 300° C. or less, and the material remaining after decomposition forms a polymer having electrical conductivity at low temperature, the moisture component is volatilized, and polyacetylene, a non-polar material, is formed. Therefore, the electrical characteristics can be improved.

이어서, 상기 환원산화그래핀을 포함하는 상기 가스 감지층을 형성하는 단계를 수행한 후에, 상기 가스 감지층의 표면을 후처리하는 단계(S150);를 더 포함할 수 있다. 상기 후처리하는 단계는, 상기 와이어를 20℃ 내지 300℃ 범위의 온도에서 상압 플라즈마를 이용하여 상기 가스 감지층의 표면에 잔존하는 불순물 제거(degassing) 및 상기 환원산화그래핀의 기능화(functionalization) 처리를 수행하는 단계;를 더 포함할 수 있다.Subsequently, after performing the step of forming the gas sensing layer including the reduced oxide graphene, post-treatment of the surface of the gas sensing layer (S150); may further include. In the post-treatment, the wire is subjected to atmospheric pressure plasma at a temperature in the range of 20°C to 300°C to remove impurities remaining on the surface of the gas sensing layer and functionalization of the reduced oxide graphene (functionalization) treatment. It may further include;

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 플렉시블 가스 센서(100)의 제조 방법에서, 가스 감지층으로서 형성한 환원산화그래핀층을 도시하는 현미경 사진들이다.7 is a photomicrograph showing a reduced oxide graphene layer formed as a gas sensing layer in the manufacturing method of the flexible gas sensor 100 according to an embodiment of the present invention.

도 7에서, (a)는 산화그래핀 만을 0.1 wt%를 포함한 경우이고, (b)는 산화그래핀과 폴리비닐알코올을 1:1 로서 0.1 wt%를 포함한 경우이다. (a) 및 (b)에서 하측 사진은 광학현미경 사진이고, 상측 사진을 주사전자현미경 사진이다.In FIG. 7, (a) is a case in which only graphene oxide is included in 0.1 wt%, (b) is a case in which graphene oxide and polyvinyl alcohol are 1:1 and 0.1 wt% is included. In (a) and (b), the lower photo is an optical micrograph, and the upper photo is a scanning electron micrograph.

도 7을 참조하면, 산화그래핀 만을 포함한 (a)에 비하여 산화그래핀과 폴리비닐알코올을 함께 포함한 (b)의 경우에 환원산화그래핀층이 더 현저하게 형성됨을 알 수 있다. 따라서, 환원산화그래핀층은 산화그래핀과 폴리비닐알코올을 함께 사용하는 경우에 더 효과적으로 형성할 수 있다.Referring to FIG. 7 , it can be seen that the reduced-oxidized graphene layer is more significantly formed in (b) including graphene oxide and polyvinyl alcohol as compared to (a) including only graphene oxide. Therefore, the reduced-oxidized graphene layer can be formed more effectively when graphene oxide and polyvinyl alcohol are used together.

도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 도 3의 플렉시블 가스 센서(100)의 제조 방법에서, 와이어 상에 가스 감지층으로서 형성한 환원산화그래핀층이 형성되기 전과 후를 도시하는 현미경 사진들이다.8 is a photomicrograph showing before and after a reduced oxide graphene layer formed as a gas sensing layer on a wire is formed in the manufacturing method of the flexible gas sensor 100 of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention.

도 8에서, (a)는 환원산화그래핀층이 형성되기 전의 경우이고, (b)는 환원산화그래핀층이 형성된 후의 경우이다. . (a) 및 (b)에서 상측 사진은 광학현미경 사진이고, 하측 사진을 주사전자현미경 사진이다.In FIG. 8, (a) is a case before the reduced oxide graphene layer is formed, and (b) is a case after the reduced oxide graphene layer is formed. . In (a) and (b), the upper photo is an optical micrograph, and the lower photo is a scanning electron micrograph.

도 8을 참조하면, (a)에 나타난 바와 같이 환원산화그래핀층이 형성되기 전에는 소우 와이어가 매끈한 표면을 가지는 반면, (b)에 나타난 바와 같이 상기 소우 와이어 상에 환원산화그래핀층이 형성되어 거친 표면을 가지게 됨을 알 수 있다. Referring to FIG. 8, as shown in (a), before the reduced-oxidized graphene layer is formed, the saw wire has a smooth surface, whereas as shown in (b), the reduced-oxidized graphene layer is formed on the saw wire to form a rough It can be seen that the surface has

도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 도 3의 플렉시블 가스 센서(100)의 제조 방법에 따라 형성한 플렉시블 가스 센서를 도시하는 사진이다.9 is a photograph showing a flexible gas sensor formed according to the manufacturing method of the flexible gas sensor 100 of FIG. 3 according to an embodiment of the present invention.

도 9를 참조하면, 히터 코어층 및 부식 방지층이 형성되고 직경 58.8 μm의 와이어 상에 코팅층(coating layer)으로서 가스 감지층이 형성된 가스센서 부재가 주사전자현미경 사진으로 나타나 있다. 상기 가스센서 부재는 두 개의 전극에 부착되어 배치되어 있다, 상기 가스센서 부재는 구부러진 형상으로 나타나있고, 이는 플렉시블 특성을 제공할 수 있음을 알 수 있다.Referring to FIG. 9 , a gas sensor member in which a heater core layer and a corrosion protection layer are formed and a gas sensing layer is formed as a coating layer on a wire having a diameter of 58.8 μm is shown in a scanning electron microscope photograph. The gas sensor member is disposed attached to the two electrodes. The gas sensor member is shown in a curved shape, which can be seen to provide flexible properties.

도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 플렉시블 가스 센서를 이용하여 수소 가스를 감지한 결과를 나타낸 그래프이다.10 is a graph showing a result of detecting hydrogen gas using a flexible gas sensor according to an embodiment of the present invention.

도 10을 참조하면, 1 % 농도의 수소를 포함하는 환경에 대하여 150℃ 온도에서 감지 시간에 따른 수소가스에 대한 감지특성을 예시적으로 나타나있다. 상기 수소가스를 감지하는 특성은 저항 변화로서 나타나있다. Referring to FIG. 10 , the sensing characteristics of hydrogen gas according to the sensing time at a temperature of 150° C. for an environment containing 1% hydrogen are exemplarily shown. The characteristic for sensing the hydrogen gas is expressed as a change in resistance.

이상에서 설명한 본 발명의 기술적 사상이 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은, 본 발명의 기술적 사상이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.The technical spirit of the present invention described above is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings, and it is the technical spirit of the present invention that various substitutions, modifications and changes are possible within the scope without departing from the technical spirit of the present invention. It will be apparent to those of ordinary skill in the art to which this belongs.

100: 플렉시블 가스 센서, 110: 지지 부재,
120: 제1 전극, 130: 제2 전극,
140, 140a, 140b, 140c: 가스센서 부재,
141: 제1 단부, 142: 제2 단부, 143: 중앙부,
145: 히터 코어층, 147: 부식 방지층,
148: 씨드층, 149: 가스 감지층,
150: 전원, 190: 와이어,
200: 플라즈마 장치, 210: 샤워헤드전극,
220: 대향전극, 230: 플라즈마,
240: 제1 릴, 250: 제2 릴,100: flexible gas sensor, 110: support member,
120: a first electrode, 130: a second electrode,
140, 140a, 140b, 140c: gas sensor member;
141: first end, 142: second end, 143: central portion;
145: heater core layer, 147: anti-corrosion layer;
148: seed layer, 149: gas sensing layer,
150: power, 190: wire,
200: plasma device, 210: shower head electrode,
220: counter electrode, 230: plasma,
240: a first reel, 250: a second reel,

Claims (21)

지지 부재 상에 배치된 제1 전극;
상기 지지 부재 상에 배치되고 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극; 및
상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 전기적으로 연결되도록 배치되고, 내부에 배치된 히터 코어층; 상기 히터 코어층을 둘러싸도록 배치된 부식 방지층; 및 상기 부식 방지층을 둘러싸도록 배치된 가스 감지층;을 포함하는, 하나 또는 그 이상의 가스센서 부재;를 포함하고,
상기 가스센서 부재는 플렉시블 특성을 제공하며 3차원적으로 360도 가스 감지가 가능하도록 와이어 형상을 가지고,
상기 가스센서 부재는 제1 단부가 상기 제1 전극에 의하여 지지되고, 제2 단부가 상기 제2 전극에 의하여 지지됨으로서, 중앙부가 노출되도록 걸쳐진, 플렉시블 가스 센서.a first electrode disposed on the support member;
a second electrode disposed on the support member and facing the first electrode; and
a heater core layer disposed to be electrically connected to the first electrode and the second electrode and disposed therein; an anti-corrosion layer disposed to surround the heater core layer; and a gas sensing layer disposed to surround the corrosion prevention layer; one or more gas sensor members including;
The gas sensor member provides flexible characteristics and has a wire shape to enable 360-degree gas detection in three dimensions,
The gas sensor member has a first end supported by the first electrode and a second end supported by the second electrode, so that a central portion thereof is exposed. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 가스센서 부재는 원형, 팔각형, 사각형, 또는 삼각형의 단면을 가지는, 플렉시블 가스 센서.The method of claim 1,
The gas sensor member has a circular, octagonal, quadrangular, or triangular cross section, a flexible gas sensor. 제 1 항에 있어서,
상기 히터 코어층은 1 μm 내지 500 μm 범위의 지름을 가지고, 철계 합금을 포함하는, 플렉시블 가스 센서.The method of claim 1,
The heater core layer has a diameter in the range of 1 μm to 500 μm, and includes an iron-based alloy, a flexible gas sensor. 제 1 항에 있어서,
상기 부식 방지층은 10 nm 내지 1,000 nm 범위의 두께를 가지고, 구리-아연(Cu-Zn) 합금을 포함하는, 플렉시블 가스 센서.The method of claim 1,
The anti-corrosion layer has a thickness in the range of 10 nm to 1,000 nm, and includes a copper-zinc (Cu-Zn) alloy, a flexible gas sensor. 제 1 항에 있어서,
상기 가스 감지층은 그래핀, 산화그래핀, 환원산화그래핀, 탄소나노튜브, 및 금속-탄소 화합물 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 플렉시블 가스 센서.The method of claim 1,
The gas sensing layer is a flexible gas sensor comprising at least one of graphene, graphene oxide, graphene reduced oxide, carbon nanotubes, and a metal-carbon compound. 제 1 항에 있어서,
상기 가스 감지층은 1 nm 내지 1,000 nm 범위의 두께를 가지는, 플렉시블 가스 센서.The method of claim 1,
The gas sensing layer has a thickness in the range of 1 nm to 1,000 nm, a flexible gas sensor. 제 1 항에 있어서,
상기 부식 방지층과 상기 가스 감지층 사이에 배치된 씨드층을 더 포함하는, 플렉시블 가스 센서.The method of claim 1,
The flexible gas sensor further comprising a seed layer disposed between the corrosion protection layer and the gas sensing layer. 제 9 항에 있어서,
상기 씨드층은 아연(Zn), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 마그네슘(Mg), 주석(Sn), 백금(Pt), 크롬(Cr), 및 이들의 합금 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 플렉시블 가스 센서.10. The method of claim 9,
The seed layer includes at least one of zinc (Zn), nickel (Ni), palladium (Pd), magnesium (Mg), tin (Sn), platinum (Pt), chromium (Cr), and alloys thereof , flexible gas sensor. 제 1 항에 있어서,
상기 지지 부재는, 유연성을 가지는 물질을 포함하고, 종이, 섬유, 고무, 플라스틱, 및 고분자 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 플렉시블 가스 센서.The method of claim 1,
The support member includes a material having flexibility, and includes at least one of paper, fiber, rubber, plastic, and a polymer. 제 1 항에 있어서,
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 하나에 전기적으로 연결되어 전력을 제공하여 상기 히터 코어층을 가열하는, 전원을 더 포함하는, 플렉시블 가스 센서.The method of claim 1,
The flexible gas sensor further comprising a power source electrically connected to at least one of the first electrode and the second electrode to provide electric power to heat the heater core layer. 제 12 항에 있어서,
상기 히터 코어층은 상기 전원으로부터 전력을 제공받아 줄(Joule) 열 증가에 따라 가열되어, 상기 가스센서 부재의 외표면에 부착된 가스 물질을 탈착시켜 제거하는, 플렉시블 가스 센서.13. The method of claim 12,
The heater core layer receives electric power from the power source and is heated according to an increase in Joule heat, to desorb and remove the gas material attached to the outer surface of the gas sensor member. 히터 코어층 및 부식 방지층이 형성된 와이어를 제공하는 단계;
상기 와이어의 표면을 전처리하는 단계; 및
상기 와이어의 표면에 가스 감지층을 형성하는 단계;
를 포함하고,
상기 히터 코어층, 상기 부식 방지층, 및 상기 가스 감지층은 가스센서 부재를 구성하고,
상기 가스센서 부재는 플렉시블 특성을 제공하며 3차원적으로 360도 가스 감지가 가능하도록 와이어 형상을 가지고,
상기 가스센서 부재는 제1 단부가 제1 전극에 의하여 지지되고, 제2 단부가 제2 전극에 의하여 지지됨으로서, 중앙부가 노출되어 걸쳐지도록 형성되는, 플렉시블 가스 센서의 제조 방법. providing a wire having a heater core layer and a corrosion protection layer formed thereon;
pre-treating the surface of the wire; and
forming a gas sensing layer on the surface of the wire;
including,
The heater core layer, the corrosion prevention layer, and the gas sensing layer constitute a gas sensor member,
The gas sensor member provides flexible characteristics and has a wire shape to enable 360-degree gas detection in three dimensions,
The gas sensor member has a first end supported by the first electrode, and a second end supported by the second electrode, so that the central portion is exposed and spanned, the flexible gas sensor manufacturing method. 제 14 항에 있어서,
상기 와이어의 표면을 전처리하는 단계에서,
상기 전처리는 상압 플라즈마를 이용하고, 2 mm 내지 10 mm 범위의 전극간 거리, 50 W 내지 1000 W 범위의 구동 전력, 1% 내지 7% 범위의 수소를 포함하는 플라즈마 형성 기체, 1 리터/분 내지 10 리터/분의 상기 플라즈마 형성 기체의 유량에서 수행되는, 플렉시블 가스 센서의 제조 방법. 15. The method of claim 14,
In the step of pre-treating the surface of the wire,
The pretreatment uses atmospheric pressure plasma, an inter-electrode distance in the range of 2 mm to 10 mm, a driving power in the range of 50 W to 1000 W, a plasma forming gas containing hydrogen in the range of 1% to 7%, 1 liter/min to A method for manufacturing a flexible gas sensor, performed at a flow rate of the plasma forming gas of 10 liters/minute. 제 14 항에 있어서,
상기 와이어의 표면을 전처리하는 단계에서,
상기 전처리는 상압 플라즈마를 이용하고,
상기 와이어는 0.1 mm/초 내지 50 mm/초의 속도로 이동하고,
상기 와이어의 상부를 플라즈마 1차 처리한 후에, 방향을 바꾸어 상기 와이어의 하부를 플라즈마 2차 처리하는, 플렉시블 가스 센서의 제조 방법. 15. The method of claim 14,
In the step of pre-treating the surface of the wire,
The pretreatment uses atmospheric pressure plasma,
The wire moves at a speed of 0.1 mm/sec to 50 mm/sec,
After plasma primary treatment of the upper portion of the wire, the direction is changed and the lower portion of the wire is subjected to secondary plasma treatment, a method of manufacturing a flexible gas sensor. 제 14 항에 있어서,
상기 와이어의 표면을 전처리하는 단계를 수행한 후에,
상기 와이어의 표면에 씨드층을 형성하는 단계;를 더 포함하는, 플렉시블 가스 센서의 제조 방법. 15. The method of claim 14,
After performing the step of pre-treating the surface of the wire,
Forming a seed layer on the surface of the wire; further comprising a method of manufacturing a flexible gas sensor. 제 17 항에 있어서,
상기 씨드층을 형성하는 단계는 전해 도금 또는 무전해 도금을 이용하여 수행되는, 플렉시블 가스 센서의 제조 방법. 18. The method of claim 17,
The forming of the seed layer is performed using electrolytic plating or electroless plating, a method of manufacturing a flexible gas sensor. 제 14 항에 있어서,
상기 와이어의 표면에 가스 감지층을 형성하는 단계는,
상기 와이어 상에 산화그래핀과 폴리비닐알코올을 포함하는 수용액에 침지하여, 상기 와이어 상에 산화그래핀과 폴리비닐알코올을 포함하는 산화그래핀층을 형성하는 단계; 및
상기 와이어를 100℃ 내지 300℃ 범위의 온도에서 1분 내지 30분 범위의 온도에서 열처리하여 상기 산화그래핀층을 환원시켜 환원산화그래핀을 포함하는 상기 가스 감지층을 형성하는 단계;를 포함하는, 플렉시블 가스 센서의 제조 방법. 15. The method of claim 14,
The step of forming a gas sensing layer on the surface of the wire,
immersing in an aqueous solution containing graphene oxide and polyvinyl alcohol on the wire to form a graphene oxide layer containing graphene oxide and polyvinyl alcohol on the wire; and
Containing; by heat-treating the wire at a temperature in the range of 100° C. to 300° C. at a temperature in the range of 1 minute to 30 minutes to reduce the graphene oxide layer to form the gas sensing layer including reduced graphene oxide. A method for manufacturing a flexible gas sensor. 제 19 항에 있어서,
상기 환원산화그래핀을 포함하는 상기 가스 감지층을 형성하는 단계를 수행한 후에, 상기 가스 감지층의 표면을 후처리하는 단계;를 더 포함하고,
상기 후처리하는 단계는, 상기 와이어를 20℃ 내지 300℃ 범위의 온도에서 상압 플라즈마를 이용하여 상기 가스 감지층의 불순물 제거 및 기능화 처리를 수행하는 단계를 포함하는, 플렉시블 가스 센서의 제조 방법. 20. The method of claim 19,
After performing the step of forming the gas sensing layer containing the reduced oxide graphene, post-processing the surface of the gas sensing layer; further comprising,
The post-processing includes performing a process for removing impurities and functionalization of the gas sensing layer using atmospheric plasma at a temperature in the range of 20° C. to 300° C. for the wire. 제 14 항에 있어서,
상기 와이어는 소우(saw) 와이어를 포함하는, 플렉시블 가스 센서의 제조 방법.15. The method of claim 14,
The wire comprises a saw wire, a method of manufacturing a flexible gas sensor.
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