KR102578618B1 - 금속 플루오린화 수산화물을 포함하는 가스센서 및 이를 이용한 가스감지방법 - Google Patents

금속 플루오린화 수산화물을 포함하는 가스센서 및 이를 이용한 가스감지방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예는 금속 플루오린화 수산화물을 포함하는 가스센서 및 이를 이용한 가스감지방법을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 마이크로파를 활용한 수열합성 방식으로 제조한 금속 플루오린화 수산화물을 가스 센서에 적용하여 아세톤 및 이산화질소 가스에 대해 타 가스 대비 높은 감지 특성을 나타낼 수 있다. 또한, 본 발명의 가스센서는 50 °C 내지 250 °C 온도에서 작동하여 불소를 도핑하는 경우에도 안정적으로 작동할 수 있는 효과가 있다.

Description

금속 플루오린화 수산화물을 포함하는 가스센서 및 이를 이용한 가스감지방법{GAS SENSOR CONTAINING METAL FLUORIDE HYDROXIDE}
본 발명은 금속 플루오린화 수산화물을 포함하는 가스 센서에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 마이크로파를 활용한 수열합성 방식으로 제조한 금속 플루오린화 수산화물을 가스 센서에 적용하여 아세톤 및 이산화질소 가스에 대해 타 가스 대비 높은 감지 특성을 나타낼 수 있는 금속 플루오린화 수산화물 가스센서를 제공한다.
가스센서는 기체 중에 함유된 특정 화학물질을 검지하여 그 농도를 전기적 신호로 변환하여 출력하는 장치로서, 가스의 종류에 따라 많은 방식이 있다.
대표적인 것으로는 가스의 흡착이나 반응에 의한 고체 물성의 변화를 이용하는 방식 (반도체 센서, 세라믹 습온 센서, 압전체 센서 등), 연소열을 이용하는 방식 (접촉 연소식 센서), 전기화학 반응을 이용하는 방식 (고체 전해질 센서, 전기화학 센서), 물리적인 특성값을 사용하는 방식 (적외선 흡수식 등)이 있다.
상기 가스의 흡착이나 반응에 의한 고체 물성의 변화를 이용하는 방식 중에 반도체식 가스센서는 산화물 반도체를 사용하여 가스를 검출할 수 있다.
산화물 반도체가 어떤 종류의 가스에 접촉되면 전기전도도가 변화하는 점을 이용한 센서이다. 이 소자(素子)는 300 ℃ 이상으로 가열하여 사용하는 일이 많기 때문에 전극과 히터를 짜넣어 박막형(薄膜型) ·후막형(厚膜製) ·소결형(燒結型) 등 여러 가지 구조로 하여 사용한다.
반도체 재료는 검출가스에 따라 산화 주석 또는 산화아연계가 주로 쓰인다.
또한 가스검출기구에는, ① 전자공여성 또는 전자수용성 가스가 반도체 표면에 화학적으로 흡착되면 흡착분자에서 반도체로의 전자 교환이 일어나, 반도체 안의 캐리어 밀도가 변화함으로써 표면전도도가 변화하는 것, ② 금속산화물 반도체가 환원 가스로 환원되어 조성 변화를 일으켜 전도도가 변화하는 것, ③ 반도체 내의 접촉립계면 및 팔라듐, 백금 등 촉매금속과의 접촉면의 전위 장벽 높이가 가스상과의 반응에 의해 변화하는 것, ④ 표면에 흡착된 가스 분자와 산소 분자 접촉 연소에 의해 소자 온도가 상승함으로써 전도도가 변화하는 것 등이 있다.
반도체가스센서는 소형이고, 염가이며 감도가 높고 응답이 빠를 뿐만 아니라, 전기신호로서 가스 농도를 알아내는 이점이 있다.
이것은 가스누출경보기, 화재경보기, 알코올검출기, 엔진연소가스검지 등에 사용된다.
이때, 상기 분야에서 이외에 가스 센서가 적용될 수 있는 분야는 바이오마커 응용 분야이다.
바이오마커는 생체표지자로서 단백질이나 DNA, RNA, 대사 물질 등을 이용해 몸 안의 변화를 알아낼 수 있는 지표이다.
상기 바이오마커를 활용하면 생명체의 정상 또는 병리적인 상태, 약물에 대한 반응 정도 등을 객관적으로 측정할 수 있다.
상기 바이오마커에서는 낮은 농도의 이산화질소 또는 아세톤 가스를 선택적으로 감지할 수 있어야 한다.
기존 산화물 반도체 물질의 가스 감지 특성을 향상 시키기 위해 불소를 도핑하는 방법이 시도되었지만, 산화물 반도체 물질을 이용한 가스센서는 300℃ 이상으로 가열하여 사용하는 경우가 많은데, 불소를 도핑하는 경우 고온에서 불안정하여 감지 특성을 충분히 향상시키지 못한 문제가 있었다.
기존의 산화물 반도체 기반의 물질보다 효과적으로 감지할 수 있는 물질이 필요하다.
대한민국 공개특허 제 2012-0049057 호
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 마이크로파를 활용한 수열합성 방식으로 제조한 금속 플루오린화 수산화물을 가스 센서에 적용하여 아세톤 및 이산화질소 가스에 대해 타 가스 대비 높은 감지 특성을 나타낼 수 있는 금속 플루오린화 수산화물 가스센서를 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 가스센서를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서는,
금속 플루오린화 수산화물을 포함하는 가스감지층을 포함하고,
상기 가스감지층은 아세톤 또는 이산화질소 가스를 선택적으로 감지할 수 있다.
상기 금속 플루오린화 수산화물을 포함하는 가스감지층은 표면에 흡착된 산소 이온과 상기 아세톤 또는 이산화질소 가스가 반응하여 저항이 변화될 수 있다.
상기 금속 플루오린화 수산화물에서 플루오린은 가스 센서에 코팅된 물질 자체의 저항을 낮추어 흡착된 산소 이온과 아세톤 또는 이산화질소 가스가 반응할 때 반응의 감도를 높일 수 있다.
상기 가스감지층은 1ppm이하의 아세톤 또는 이산화질소 가스를 감지할 수 있다.
상기 금속 플루오린화 수산화물은 Co(OH)F, Zn(OH)F 및Co(OH)F/Zn(OH)F에서 선택된 1종을 포함할 수 있다.
상기 금속 플루오린화 수산화물은 마이크로파를 활용한 수열 합성 방법을 통해 제조될 수 있다.
상기 가스센서는 50 °C 내지 250 °C 온도에서 작동할 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예는 가스센서를 이용한 가스감지방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스센서를 이용한 가스감지방법은,
금속 플루오린화 수산화물을 포함하는 가스감지층 표면에 흡착된 산소 이온과 아세톤 또는 이산화질소 가스가 반응하여 저항이 변화되고 상기 변화된 저항을 측정할 수 있다.
상기 금속 플루오린화 수산화물을 포함하는 가스감지층 표면에 흡착된 산소 이온과 아세톤 또는 이산화질소 가스가 반응하는 경우 상기 가스센서의 저항이 증가할 수 있다.
상기 금속 플루오린화 수산화물은 Co(OH)F, Zn(OH)F 및Co(OH)F/Zn(OH)F에서 선택된 1종을 포함할 수 있다.
상기 금속 플루오린화 수산화물의 상기 플루오린은 가스 센서에 코팅된 물질 자체의 저항을 낮추어 흡착된 산소 이온과 아세톤 또는 이산화질소 가스가 반응할 때 반응의 감도를 높일 수 있다.
상기 가스센서는 50 °C 내지 250 °C 온도에서 작동할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 금속 플루오린화 수산화물을 포함하는 가스 센서에 관한 것으로서, 마이크로파를 활용한 수열합성 방식으로 제조한 금속 플루오린화 수산화물을 가스 센서에 적용하여 아세톤 및 이산화질소 가스에 대해 타 가스 대비 높은 감지 특성을 나타낼 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 가스센서는 50 °C 내지 250 °C 온도에서 작동하여 불소를 도핑하는 경우에도 안정적으로 작동할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Zn(OH)F nanorods와 Co(OH)F/Zn(OH)F heterostructures 물질을 각각 이산화질소 또는 아세톤 가스센서에 적용한 후 감도를 측정한 그래프이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 Zn(OH)F nanorods의 XRD 그래프 및 SEM사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Co(OH)F/Zn(OH)F heterostructures의 XRD 그래프 및 SEM사진이다.
도 4 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 (a) Zn(OH)F nanorods와 ZnO 물질 기반 가스 센서의 이산화질소 가스에 대한 작동 온도별 감도, (b) Zn(OH)F nanorods의 이산화질소 농도 변화에 따른 감도, (c) Zn(OH)F nanorods의 가스 종류에 따른 감도 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 (a) Co(OH)F, Zn(OH)F, Co(OH)F/Zn(OH)F heterostructures (3:1, 1:1, 1:3) 물질 기반 가스 센서의 아세톤 가스에 대한 작동온도별 감도 (b) Co(OH)F/Zn(OH)F heterostructures (3:1) 물질 기반 가스센서의 아세톤 농도 변화에 따른 감도, (c) Co(OH)F/Zn(OH)F heterostructures (3:1)물질 기반 가스센서 가스 종류에 따른 감도 그래프이다.
도 6는 본 발명의 일 실시 예에 따른 Zn(OH)F nanorods 및 ZnO caltrop-like 의 합성 프로세스를 나타내는 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Zn(OH)F nanorods 및 ZnO caltrop-like 의 TEM 사진이다.
도 8는 본 발명의 일 실시 예에 따른 Zn(OH)F nanorods 를 250 °C, 350 °C, 450 °C 에서 포스트어닐링 한 후의 XRD스펙트럼이다.
도 9은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Zn(OH)F nanorods 를 (a) 250 °C, (b) 350 °C, and (c) 450 °C 에서 포스트어닐링 한 후의 SEM 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 따른 Zn(OH)F nanorods 를 250 °C, 350 °C, 450 °C 에서 포스트어닐링 한 후의 TEM사진이다.
도 11은 250°C, 350°C 및 450 °C에서 어닐링 된 Zn(OH)F 나노로드에서 얻은 F, O 및 Zn의 원자 비율 및 XPS 스펙트럼은 그래프이다.
도 12는 Zn(OH)F 의 반응 가스에 대한 감지 특성을 나타내는 그래프이다.
도 13은 Co(OH)F/Zn(OH)F 이질구조 가스센서의 아세톤 감지에 대한 안정성 그래프이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속 플루오린화 수산화물을 포함하는 가스센서를 설명한다.
가스센서는,
금속 플루오린화 수산화물을 포함하는 가스감지층을 포함하고,
상기 가스감지층은 아세톤 또는 이산화질소 가스를 선택적으로 감지할 수 있다.
상기 금속 플루오린화 수산화물을 포함하는 가스감지층은 표면에 흡착된 산소 이온과 상기 아세톤 또는 이산화질소 가스가 반응하여 저항이 변화될 수 있다.
또한, 상기 금속 플루오린화 수산화물에서 플루오린은 가스 센서에 코팅된 물질 자체의 저항을 낮추어 흡착된 산소 이온과 아세톤 또는 이산화질소 가스가 반응할 때 반응의 감도를 높일 수 있다.
또한, 상기 가스센서는 상기 금속 플루오린화 수산화물에 의하여 1 ppm 이하의 아세톤 및 이산화질소 가스를 선택적으로 감지할 수 있다.
도 1 내지 도 12를 통하여 상기 가스센서에 대해 설명한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Zn(OH)F nanorods와 Co(OH)F/Zn(OH)F heterostructures 물질을 각각 이산화질소 또는 아세톤 가스센서에 적용한 후 감도를 측정한 그래프이다.
상기 도 1을 참조하면, 상기 금속 플루오린화 수산화물에 의하여 1 ppm 이하의 아세톤 및 이산화질소 가스를 선택적으로 감지할 수 있는 것을 확인 할 수 있다.
또한, 상기 도 1은 NO2 농도에 대한 저항 및 아세톤 농도에 대한 저항 그래프이다.
상기 저항은 Rg/Ra (Rg: 가스 중의 센서 저항, Ra: 공기 중의 센서 저항)으로 나타냈으며, NO2 가스 및 아세톤 가스가 증가함에 따라서 저항의 Rg/Ra 값이 커지는 것을 확인 할 수 있다.
이때, 투입한 NO2 가스 및 아세톤 가스는 상기 금속 플루오린화 수산화물이 포함된 가스 센서에서 감지할 수 있다.
상기 금속 플루오린화 수산화물은 Co(OH)F, Zn(OH)F 및 Co(OH)F/Zn(OH)F에서 선택된 1종을 포함할 수 있다.
상기 도 1을 참조하면, Zn(OH)F nanorods 가 포함된 가스센서는 NO2가스를 0.3ppm에서 처음 감지 할 수 있고, Co(OH)F/Zn(OH)F가 포함된 가스센서는 아세톤 가스를 0.25ppm에서 처음 감지 할 수 있다.
즉, 금속 플루오린화 수산화물이 포함된 가스 센서는 상기 금속 플루오린화 수산화물에 의하여 1 ppm 이하의 아세톤 및 이산화질소 가스를 선택적으로 감지할 수 있다.
이때, 낮은 농도의 NO2 가스 및 아세톤 가스를 가스센서의 사용을 통해 선택적으로 감지할 수 있다면 바이오마커 분야에 활용하여 당뇨병, 치주질환 등을 판단할 수 있게 된다.
도 2 는 본 발명의 일 실시 예에 따른 Zn(OH)F nanorods의 XRD 그래프 및 SEM사진이다.
상기 XRD그래프는 X선 회절계(X-ray diffraction) 으로서 Zn (OH) F 의 상을 특성화 하는데 사용된다.
상기 SEM 사진은 주사 전자 현미경으로서 재료의 형태를 분석하는데 사용된다.
상기 도 2 (a)를 참조하면, 도 2 (a)의 XRD 스펙트럼은 Zn(OH)F 나노 로드에 의해 센서가 NO2 가스를 고감도로 감지하는 것을 확인할 수 있는 Zn(OH)F 스펙트럼이다.
또한 상기 도 2 (b)를 참조하면, 상기 Co(OH) F, Zn(OH)F 은 나노로드(nanorod)형태 인 것을 확인 할 수 있다.
또한, Zn(OH)F 의 길이는 1 μm 내지 3 μm 범위를 포함할 수 있다.
상기 Co(OH)F 및 Zn(OH)F 를 나노 크기로 제조한 이유는 표면적을 넓게 하여 반응의 효율성을 높이기 위해서이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Co(OH)F/Zn(OH)F heterostructures의 XRD 그래프 및 SEM사진이다.
상기 상기 도 3 (a)를 참조하면, 도 3 (a)의 XRD 스펙트럼은 Co(OH)F/Zn(OH)F 이질 구조(heterostructures)에 의해 센서가 아세톤 가스를 고감도로 감지하는 것을 확인할 수 있는 Co(OH)F/Zn(OH)F 스펙트럼이다.
상기 이질 구조(heterostructure)는 한 물질 내부가 여러 이질 접합의 조합으로 이루어진 구조를 의미할 수 있다.
또한, 상기 도3 (b)를 참조하면, 상기 도 2 (b)의 Co(OH)F/Zn(OH)F는 나노로드와 플라워가 혼합한 형태인 것을 확인 할 수 있다.
상기 Co(OH)F/Zn(OH)F 직경은 4 μm 내지 5 μm 범위를 포함할 수 있다.
도 4 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 (a) Zn(OH)F nanorods와 ZnO 물질 기반 가스 센서의 이산화질소 가스에 대한 작동 온도별 감도, (b) Zn(OH)F nanorods의 이산화질소 농도 변화에 따른 감도, (c) Zn(OH)F nanorods의 가스 종류에 따른 감도 그래프이다.
상기 도 4 (a)는 (a) Zn(OH)F nanorods와 ZnO 물질 기반 이산화질소 가스 센서의 이산화질소 가스에 대한 작동 온도별 감도를 나타내는 그래프이다.
상기 도 4 (a)를 참조하면, Zn(OH)F nanorods와 ZnO 물질은 이산화질소를 선택적으로 감지하고 작동 온도가 100°C이하인 경우 이산화질소 가스에 대한 감도가 높은 것을 확인할 수 있으며, 작동 온도가 150°C이상인 경우에 이산화질소 가스에 대한 감도가 낮은 것을 확인할 수 있다.
이로써 Zn(OH)F 나노 로드(nanorods)는 ZnO보다 이산화질소 가스에 대해 감도가 높은 것을 확인할 수 있고, Zn(OH)F 나노 로드(nanorods)가 150°C 이상의 고온에 노출된 경우 감도가 감소하는 것을 확인 할 수 있다.
상기 도 4 (b)는 (b) Zn(OH)F nanorods의 이산화질소 농도 변화에 따른 감도를 나타내는 그래프이다.
상기 도 4 (b)를 참조하면, Zn(OH)F nanorods는 저농도에서도 감지를 할 수 있으며, 농도가 증가함에 따라 감도도 증가하는 것을 확인할 수 있다.
상기 도 4 (c) 는 Zn(OH)F nanorods의 가스 종류에 따른 감도 그래프이다.
상기 도 4 (c)를 참조하면, 상기 Zn(OH)F nanorods 는 이산화질소(NO2), 수소(H2), 에탄올(C2H5OH), 암모니아(NH3), 톨루엔(C6H5CH3), 아세톤(CH3COCH3) 에 대한 특성을 확인 할 수 있다.
또한, 상기 Zn(OH)F nanorods 는 상기 이산화질소(NO2), 수소(H2), 에탄올(C2H5OH), 암모니아(NH3), 톨루엔(C6H5CH3), 아세톤(CH3COCH3) 에 대비하여 이산화질소(NO2)를 선택적으로 감지할 수 있는 것을 확인 할 수 있다.
이때, 상기 이산화질소(NO2) 가스가 1.3ppm일 때 60이상의 Rg/Ra값을 나타내도 있으므로 저농도의 이산화질소에 대해 감도가 높은 것을 확인 할 수 있다.
또한, 상기 금속 플루오린화 수산화물은 가스와 접촉 하면 저항이 변화되도록 상기 가스센서 가스감지층에 상기 금속 플루오린화 수산화물이 코팅되어 형성될 수 있다.
상기 플루오린은 가스 센서에 코팅된 물질 자체의 저항을 낮추어 흡착된 산소이온들과 아세톤 또는 이산화질소 가스가 반응할 때 반응의 감도를 높인다.
높은 전기음성도를 갖는 플루오린은 촉매적인 역할을 하여 상기 플루오린은 가스센서에 포함된 물질의 루이스 산도를 높이고, 해당 감지 물질이 산소 흡착 또는 가스 감지 시 전자를 제공하는 반응이 잘 일어나도록 한다.
상기 플루오린은 표면결함을 보호하고 재료의 캐리어 트래핑을 줄일 수 있다.
또한, 상기 플루오린이 포함된 Zn(OH)F 나노 로드 기반 센서는 캐리어 트래핑이 낮으면 작동 온도 100°C에서 기존의 가스센서에 적용되었던, caltrop형태의 ZnO 기반 센서의 저항 (10MOhm이상)에 비해 초기 저항이 100kOhm 미만으로 낮아 질 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 (a) Co(OH)F, Zn(OH)F, Co(OH)F/Zn(OH)F heterostructures (3:1, 1:1, 1:3) 물질 기반 가스 센서의 아세톤 가스에 대한 작동온도별 감도 (b) Co(OH)F/Zn(OH)F heterostructures (3:1) 물질 기반 가스센서의 아세톤 농도 변화에 따른 감도, (c) Co(OH)F/Zn(OH)F heterostructures (3:1)물질 기반 가스센서 가스 종류에 따른 감도 그래프이다.
도 5 (a)는 (a) Co(OH)F, Zn(OH)F, Co(OH)F/Zn(OH)F heterostructures (3:1, 1:1, 1:3) 물질 기반 가스 센서의 아세톤 가스에 대한 작동온도별 감도를 나타내는 그래프이다.
상기 도 5 (a)에서 Co(OH)F는 파란색 빗금, Zn(OH)F는 분홍색 빗금, Co(OH)F/Zn(OH)F heterostructures (3:1) 은 노란색 빗금, Co(OH)F/Zn(OH)F heterostructures (1:1)은 흰색, Co(OH)F/Zn(OH)F heterostructures (1:3)은 초록색 빗금을 나타낸다.
상기 도 5 (a)를 참조하면, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C에서 각각의 물질이 도포된 가스센서의 가스감지를 나타내는 그래프이고, 50°C, 100°C 일때는 Co(OH)F, Zn(OH)F, Co(OH)F/Zn(OH)F heterostructures (3:1), Co(OH)F/Zn(OH)F heterostructures (1:1), Co(OH)F/Zn(OH)F heterostructures (1:3) 물질 모두 유사한 감도를 나타내는 것을 확인 할 수 있다.
또한, 150°C은 Co(OH)F/Zn(OH)F heterostructures (3:1)가 가장 높은 감도를 나타내고, 그 다음으로는 Co(OH)F/Zn(OH)F heterostructures (1:1), Co(OH)F/Zn(OH)F heterostructures (1:3), Co(OH)F, Zn(OH)F 순으로 높은 강도를 나타내고 있다.
또한, 도 5 (b)는 Co(OH)F/Zn(OH)F heterostructures (3:1) 물질 기반 가스센서의 아세톤 농도 변화에 따른 감도를 나타내는 그래프이다.
이때, resistance의 단위는 MOhm이고 106 Ohm(옴)이다.
상기 도 5 (b)를 참조 하면, 약 500초에 5ppm에서 가장 높은 저항을 나타낼 수 있다.
또한, 시간이 지날수록 아세톤의 농도가 감소할수록 저항이 감소하는 것을 확인 할 수 있다.
이때, 상기 도 5 (b)를 참조 하면 0.25ppm에서도 저항을 감지할 수 있음을 확인 할 수 있다.
도 5 (c) Co(OH)F/Zn(OH)F heterostructures (3:1) 물질 기반 가스센서 가스 종류에 따른 감도 그래프이다.
상기 도 5 (c)를 참조하면, 이산화질소(NO2), 수소(H2), 에탄올(C2H5OH), 암모니아(NH3), 톨루엔(C6H5CH3), 아세톤(CH3COCH3) 에 대해 반응 하는 것을 확인 할 수 있고, 그 중에서 아세톤(CH3COCH3)에 대해 가장 높은 감도를 나타내는 것을 확인 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Zn(OH)F nanorods 및 ZnO caltrop-like 의 합성 프로세스를 나타내는 개념도이다.
상기 금속 플루오린화 수산화물은 마이크로파를 활용한 수열 합성 방법을 통해 제조될 수 있다.
본 발명의 일 실시예로서 Zn(OH)F 의 제조방법은 다음과 같다.
먼저, 5mmol의 질산 아연 6 수화물 (Zn(NO3)2 · 6H2O)과 5mmol의 암모늄 플루오라이드(NH4F) 및 1mmol의 수산화 나트륨(NaOH)을 18.5 mL의 증류수에 첨가한다.
다음으로, 상기 용액을 10분간 섞고, 30ml 용량의 바이알에 옮긴다.
다음으로, 120 °C에서 20 분 동안 마이크로파 합성 반응기에서 반응한다. (Anton Paar Monowave 300 이용함)
다음으로, 반응기에 있는 최종 솔루션을 자연적으로 55°C까지 냉각시킨다.
다음으로, 흰색 분말을 여과하고 침전된 흰색 분말을 증류수와 에탄올로 세척한 후, 80 °C 오븐에서 밤새 건조한다.
상기 마이크로웨이브를 활용한 수열 합성 공정을 진행 하여 낮은 농도의 아세톤 및 이산화질소 가스에 대해 선택적으로 높은 감지 특성을 갖는 Zn(OH)F 의 화학식을 가지는 금속 플루오린화 수산화물을 형성하였다.
상기 제조예를 참조하면, 암모늄 플루오라이드(NH4F)을 포함하여 반응하면 Zn(OH)F 가 생성되고, 암모늄 플루오라이드(NH4F)를 제외하고 반응하면 ZnO가 생성될 수 있다.
상기 Zn(OH)F 구조 형성을 위한 메커니즘은 하기의 식(1) 및 식(2) 에서 설명한다.
<식(1)>
Zn2++F- →ZnF+
<식 (2)>
ZnF++OH- →Zn(OH)F
이때, 상기 F-를 제공하는 반응에서 NH4F는 Zn(OH)F 구조를 형성하는 합성 과정에서 중요한 역할을 합니다.
상기 마이크로웨이브를 활용한 수열 합성 공정은 기존의 퍼니스 기반 합성이 6 시간이 소요된 것에 비해 20 분까지 합성 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.
이때, 상기 Zn(OH)F는 로드(rod)형태이고, ZnO는 마름쇠(caltrop)형태일 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Zn(OH)F nanorods 및 ZnO caltrop-like 의 TEM 사진이다.
상기 도 7을 참조하면, 도 7 (a), (b) 및 (c)는 Zn(OH)F 나노로드(nanorod) 형태와 상기 도 7 (d), (e) 및 (f)는 ZnO의 마름쇠(caltrop-like) 형태를 확인 할 수 있다.
이때, 도 7 (b)와 (e)는 각각 Zn(OH)F 나노로드와 ZnO caltrop-like 의 단결정 성질을 보여줄 수 있다.
상기 도 7 (b)와 (e)의 단결정은 Zn(OH)F 나노로드는 diaspore구조를, ZnO caltrop-like는 wurtzite 구조를 가지고 있다.
또한, 도 7 (c) 및 (f)는 d 간격이 0.44 및 0.26 nm 인 격자 무늬를 보여줄 수 있다.
상기 d는 Zn(OH)F 나노로드와 ZnO caltrop-like 물질의 가로 폭을 나타낼 수 있다.
이때, 상기 가스 센서는 일반적으로 고온에서 작동하므로 감지 재료의 열 안정성을 보장하는 것이 중요하다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 따른 Zn(OH)F nanorods 를 250 °C, 350 °C, 450 °C 에서 포스트 어닐링 한 후의 XRD스펙트럼이다.
이때 포스트 어닐링은 마이크로파를 활용한 수열 합성 방법을 통해 제조된 금속 플루오린화 수산화물의 고온에서의 특성을 확인하기 위해 Zn(OH)F 나노 로드를 250°C, 350°C 및 450 °C에서 2시간 동안 어닐링 하는 것을 의미한다.
또한, 상기 어닐링은 금속 등 내부의 변형을 바로잡기 위하여 일정 온도까지 가열했다가 서서히 식히는 열처리 방법을 의미한다.
도 8을 참조하면, 상기 250 ° C에서 어닐링 된 Zn(OH)F 나노로드의 스펙트럼은 원시 샘플의 스펙트럼과 거의 동일하게 유지되는 반면 450 ° C에서 어닐링 된 샘플의 스펙트럼은 ZnO의 스펙트럼으로 완전히 변환되는 것을 확인 할 수 있다.
또한, 350 ° C에서 열처리 된 Zn(OH)F의 스펙트럼은 Zn(OH)F와 ZnO 사이의 중간 상태를 나타내며, 이는 재료가 Zn(OH)F에서 ZnO 구조로 진화하고 있음을 의미할 수 있다.
도 9은 본 발명의 일 실시 예에 따른 Zn(OH)F nanorods 를 (a) 250 °C, (b) 350 °C, and (c) 450 °C 에서 포스트어닐링 한 후의 SEM 사진이다.
도 9을 참조하면, 어닐링 온도가 증가함에 따라 SEM 및 TEM 분석에 의한 미세 구조 진화를 확인 할 수 있다.
상기 Zn(OH) nanorods 는 Post-annealing 온도에 관계없이 nanorod 모양으로 남아 있지만, 그림 6 (c)를 참조하면 450°C 에서 어닐링 된 nanorods의 표면에서는 기공이 있는 것을 확인 할 수 있다..
기공은 고온에서 Zn(OH)F의 열분해 후 하기의 식(3) 에 따라 HF 가스가 방출될 수 있다.
<식(3)>
Zn(OH)F → ZnO+HF ↑
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 따른 Zn(OH)F nanorods 를 250 °C, 350 °C, 450 °C 에서 포스트어닐링 한 후의 TEM사진이다.
상기 TEM 분석은 도 10과 같이 미세 구조 변환에 대한 자세한 내용을 보여줄 수 있다.
이때, 도 10 (a) 내지 (c)는 250°C 에서 어닐링 된 Zn(OH)F 나노로드를 나타낼 수 있다.
이것은 여전히 단결정 Zn(OH)F 구조를 유지하며, 도 10 (c)와 같이 Zn(OH)F (110) 의 평면을 나타냅니다.
또한, 도 10 (f) 및 (i)를 참조하면, Zn(OH)F 나노 로드는 350℃ 및 450 ℃ 에서 어닐링 후 열분해로 인해 다 결정질이 된 것을 확인 할 수 있다.
또한, 상기 도 10 (d) 내지 (i)를 참조하면, TEM 분석은 350 °C와 450 °C에서 어닐링 된 Zn(OH)F 나노 로드의 다공성 구조를 확인 할 수 있다.
상기 다공성 구조는 상기 식(3) 에 의해 Zn(OH)F 에서 Zn(OH)F가 분해되고 HF이 날아가서 생성 될 수 있다.
또한, 도 10 (i)을 참조하면, 상기 450 °C에서 포스트 어닐링 된 Zn (OH) F의 d-간격(100,101)은 각각 0.24 및 0.28 nm으로 ZnO의 d-간격 면간 거리에 해당할 수 있다.
반면에, 도 10 (f)는 350 ° C에서 후 어닐링 된 Zn(OH)F로서 d-간격은 0.25nm이고, XRD 분석에서 확인된 것처럼 재료가 중간상태이기 때문에 어떤 물질의 d 간격 길이인지 확인할 수 없다.
이를 통해, 상기 Zn(OH)F는 250 °C 이하의 온도에서 안정적인 것을 확인 할 수 있다.
도 11은 250°C, 350°C 및 450 °C에서 어닐링 된 Zn(OH)F 나노로드에서 얻은 F, O 및 Zn의 원자 비율 및 XPS 스펙트럼은 그래프이다.
상기 도 11 (a)는 포스트어닐링 온도에 대한 원자비율을 나타낸 그래프이고, 상기 도 11 (b)는 Zn(OH)F 및 ZnO의 Zn 2p 그래프이고, 상기 도 11(c)는 Zn(OH)F 및 ZnO의 O 1s 그래프를 나타낸다.
도 11을 참조하면, Zn(OH)F 중에 F 의 원자 비율은 250 °C와 350 °C에서 어닐링 후 유사한 것을 확인 할 수 있다.
반면에, 450°C에서 포스트 어닐링 후 상기 플루오린(F) 농도는 급격히 떨어진다.
그 이유는 식(3)에서 확인 할 수 있듯이, 450°C 에서 Zn(OH)F내부의 F가 증발 하기 때문이다.
<식(3)>
Zn(OH)F → ZnO+HF ↑
또한, 상기 도 11 (b) 및 (c)를 참조하면, 어닐링 온도에 따라 O1s(산소 원자의 1s오비탈) 및 Zn2p (지르코늄 원자의 2p오비탈)의 화학적 상태에 따라서 스펙트럼 진화도를 확인 할 수 있다.
도11의 (b)를 참조하면, 상기 O1s의 스펙트럼은 포스트 어닐링 온도가350°C 이상인 경우, 두 개의 하위 피크로 디컨 볼 루트 (스펙트럼 피크가 분리됨) 될 수 있다.
즉, 약 530.0 eV에서 Zn-O 결합에 해당하는 피크와 약 531.6 eV에서 Zn-OH에 해당하는 피크 두개로 디컨 볼루트(deconvolute) 될 수 있다.
그 이유는, 원시 및 250 °C 어닐링 된 샘플의 스펙트럼은 Zn-OH 결합만을 나타내는 반면, ZnO구조에서는 Zn-O 결합에 대응하는 피크를 350 °C 에서 포스트 어닐링 된 샘플의 스펙트럼에 나타날 수 있기 때문이다.
또한, 450 °C에서 어닐링 된 샘플의 스펙트럼의 Zn-OH 결합은 Zn(OH)F에서 ZnO 로 완전히 변환되기 때문에 ZnO 샘플의 스펙트럼 양상과 유사하다.
또한 도 11의 (b)를 참조하면, Zn 2p 피크 위치는 350 °C 및 450 °C에서 포스트 어닐링 후 높은 결합 에너지에서 낮은 결합 에너지로 이동 할 수 있다.
이때, 상기 도 11(b)의 Zn-O 결합의 피크는 커지고 Zn-OH 결합의 피크는 낮아 지므로 높은 결합 에너지에서 낮은 결합 에너지로 이동 하는 것을 확인 할 수 있다.
즉, 상기 도 11 (c) 의 XPS 분석은 Zn(OH)F 구조가 250 °C에서 포스트 어닐링된 경우 Zn(OH)F 구조가 유지되고 350 °C에서 변환되기 시작하며 450 °C 이상으로 포스트어닐링 한 경우 Zn(OH)F 구조가 ZnO 구조로 완전히 변환되는 것을 확인 할 수 있다.
이를 통해 금속 플루오린화 수산화물을 포함하는 가스센서는 250 °C이하의 온도에서 안정적인 것을 확인 할 수 있다.
도 12는 Zn (OH) F 의 반응 가스에 대한 감지 특성을 나타내는 그래프이다.
상기 가스센서는 50 °C 내지 250 °C 온도에서 작동할 수 있다.
상기 금속 플루오린화 수산화물을 포함하는 가스센서는 수소(H2), 에탄올(C2H5OH), 암모니아(NH3), 톨루엔(C6H5CH3), 아세톤(CH3COCH3)에 대비하여 이산화질소(NO2)를 선택적으로 감지할 수 있다.
도 12 (a)는 Zn(OH)F 나노 로드가 포함된 가스센서의 시간에 대한 저항 변화를 나타내는 그래프이다.
상기 도 12 (a)를 참조하면, Zn(OH)F 물질은 NO2 가스에 대해 높은 저항 변화를 나타내는 것을 확인 할 수 있다.
도 12 (b)는 작동 온도 25°C, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C 및 250°C 에서 Zn(OH)F 나노 로드와 caltrop-like ZnO를 기반으로 하는 센서 간의 NO2 감도 비교를 나타낸다.
반응 그래프는 전형적인 산 모양을 나타내며 모든 작동온도에서 Zn(OH)F 나노 로드를 포함하는 가스 센서는 NO2에 대한 caltrop-like ZnO 기반 가스 센서보다 훨씬 더 높은 반응을 나타낼 수 있다.
이때, 상기 Zn(OH)F 나노로드 기반 가스센서의 최적 작동 온도인 100 °C에서의 응답은 약 63.4로, ZnO기반 가스센서의 응답보다 약 8.6 배 높다.
이를 통해 상기 가스센서는 50 °C 내지 250 °C 온도에서 작동할 수 수 있으며, 최적 작동온도는 100°C 인 것을 확인 할 수 있다.
또한, 본 발명의 가스센서는 50 °C 내지 250 °C 온도에서 작동하여 불소를 도핑하는 경우에도 안정적으로 작동할 수 있는 효과가 있다.
도12 (c)는 포스트 어닐링 후 Zn(OH)F 샘플의 작동 온도에 대한 NO2 가스 반응을 나타내는 그래프이다.
또한, 도12 (c)를 참조하면, 250°C 에서 포스트 어닐링 후 반응은 원시 샘플의 응답과 비슷하지만 포스트 어닐링 온도가 350°C 및 450°C 로 증가하면 NO2 가스에 대한 응답이 급격히 감소하는 것을 확인 할 수 있다.
이를 통해 상기 Zn(OH)F 기반의 가스센서는 250 °C 이하의 온도가 최적 온도인 것을 확인 할 수 있다.
도 12 (d)는 Zn(OH)F 나노 로드 기반 가스 센서의 NO2 농도 변화에 대한 가스센서의 반응을 나타내는 그래프이다.
상기 도 12 (d)를 참조하면, Zn(OH)F 기반의 가스센서는 NO2 가스가 저농도일 때 반응을 나타낼 수 있고, NO2 가스의 농도가 증가할수록 반응이 증가하는 것을 확인 할 수 있다.
도12 (e) 는 Zn(OH)F 기반의 가스센서의 100 °C 에서 이산화질소(NO2), 수소(H2), 에탄올(C2H5OH), 암모니아(NH3), 톨루엔(C6H5CH3), 아세톤(CH3COCH3) 에 대한 반응을 나타내는 그래프이다.
상기 도12 (e)는 H2 (5ppm), C2H5OH (10.6ppm), NH3 (10.6ppm), C6H5CH3 (36.2ppm) 및 CH3COCH3 (2.8ppm)의 가스 종에 대한 상기 가스 센서의 높은 선택성을 나타낼 수 있다.
그림 도12 (e)는 70 일 동안의 시간 경과에 따른 1.3ppm NO2 가스에 대한 Zn(OH)F 나노 로드 기반 가스 센서의 반응을 보여줍니다.
그림 도12 (e)를 참조하면, 상기 가스센서의 반응은 21 일이 지나면 30 이하로 떨어진다.
더 긴 작동을 위해 센서의 장기적인 안정성을 향상시키기 위해서 이질 구조(heterostructure)에 의해 젠서의 안정성을 향상시킬 수 있다.
도 13은 Co(OH)F/Zn(OH)F 이질구조 가스센서의 아세톤 가스 감지에 대한 안정성 그래프이다.
도 13을 참조하면, Co(OH)F/Zn(OH)F 이질구조 가스센서는 30일이 지나도 가스센서의 감도는 감소하지 않고 90일 에도 높은 감도를 유지하는 것을 확인 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속 플루오린화 수산화물을 포함하는 가스센서를 이용한 가스감지방법을 설명한다.
금속 플루오린화 수산화물을 포함하는 가스감지층 표면에 흡착된 산소 이온과 아세톤 또는 이산화질소 가스가 반응하여 저항이 변화되고 상기 변화된 저항을 측정할 수 있다.
금속 플루오린화 수산화물을 포함하는 가스센서를 이용한 가스감지방법은,
금속 플루오린화 수산화물을 포함하는 가스센서를 준비하는 단계(S100);
상기 가스센서에 아세톤 또는 이산화질소를 포함한 가스를 투입하여 상기 가스센서에 흡착된 산소 이온과 아세톤 또는 이산화질소 가스를 반응시키는 단계 (S200);
상기 가스센서에서 반응을 함에 따라 증가된 저항을 측정하는 단계 (S300); 를 포함할 수 있다.
첫째 단계에서, 금속 플루오린화 수산화물을 포함하는 가스센서를 준비하는 단계를 포함할 수 있다. (S100)
상기 금속 플루오린화 수산화물은 Co(OH)F, Zn(OH)F 및Co(OH)F/Zn(OH)F에서 선택된 1종을 포함 할 수 있다.
또한, 상기 Co(OH)F/Zn(OH)F 는 이질 구조(heterostructure)인 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 Co(OH)F/Zn(OH)F 는 이질 구조(heterostructure)는 플라워와 나노로드가 혼합된 형태일 수 있다.
둘째 단계에서, 상기 가스센서에 아세톤 또는 이산화질소를 포함한 가스를 투입하여 상기 가스센서에 흡착된 산소 이온과 아세톤 또는 이산화질소 가스를 반응시키는 단계를 포함할 수 있다. (S200)
상기 산소 이온을 흡착시키는 단계는 하기의 식(4) 에 따라 나타낼 수 있다.
<식 (4)>
O2(gas) + 2e- → 2O-(ads)
이때, 상기 산소 이온을 흡착시키는 단계는 산소를 포함한 가스가 투입 되고 금속 플루오린화 수산화물이 전달한 전자와 반응을 하여 산소 이온이 가스센서에 흡착할 수 있다.
상기 흡착된 산소 이온과 아세톤 또는 이산화질소 가스를 반응시키는 단계는 하기 식 (5) 및 식 (6)에 의해 나타낼 수 있다.
<식 (5)>
NO2(ads) + e-→ NO2 - (ads)
<식 (6)>
NO2 - (ads)+O-(ads)+2e- → NO(gas)+2O2-(ads)
상기 이산화질소를 포함한 가스가 투입되면 식 (5)에서와 같이 금속 플루오린화 수산화물이 전달한 전자와 반응을 하여 이산화질소 이온이 가스센서에 흡착할 수 있다.
상기 Zn(OH)F 에서 전자를 추출하면 산소 및 이산화질소 분자가 이온화되고 흡착된 이산화질소 이온과 산소 이온은 감지 물질 Zn(OH)F 에서 전자를 더 빼내어 일산화 질소 가스(NO)를 생성할 수 있다.
상기 흡착된 이산화질소 이온은 산소 이온과 반응하며 감지 물질 Zn(OH)F에서 전자를 빼내어 가스센서의 저항을 증가시킬 수 있다.
셋째 단계에서, 상기 가스센서에서 반응을 함에 따라 이동한 전자가 저항을 증가시키고 상기 증가된 저항을 측정하는 단계를 포함할 수 있다. (S300)
이때, 상기 저항을 측정하는 단계에서,
상기 플루오린은 가스 센서에 코팅된 물질 자체의 저항을 낮추어 흡착된 산소 이온들과 아세톤 또는 이산화질소 가스가 반응할 때 반응의 감도를 높일 수 있다.
이때, 상기 Zn(OH)F 나노 로드의 플루오린(F) 이온에 의해 가스 센서의 NO2 감지 응답이 향상 될 수 있다.
상기 플루오린(F)은 표면 결함을 보호하여 재료의 캐리어 트래핑을 줄일 수 있다.
상기 Zn(OH)F 나노 로드 기반 가스 센서는 캐리어 트래핑이 낮으면 작동 온도 100°C 에서 저항이10MOhm 이상인 ZnO 기반 센서보다 주변 저항을 100kOhm 미만으로 낮출 수 있다.
결정 계에 위치한 결함에 의한 캐리어 트래핑은 전하 축적 및 이를 가로 지르는 추가적인 전하 수송을 방해하는 전위 장벽의 형성을 초래한다.
이때, 상기 캐리어 트래핑이 낮으면 전하의 축적 및 수송을 방해하는 전위 장벽 형성을 방지할 수 있다.
상기 Zn(OH)F 나노 로드의 낮은 저항은 산화 반응에 유익하여 저항 증가량을 최대화 할 수 있다.
즉, 상기 Zn(OH)F은 상기 플루오린(F)은 캐리어 트래핑을 낮추어 표면 결함을 보호할 수 있고, 가스 센서에 코팅된 물질 자체의 저항을 낮추어 흡착된 산소 이온들과 아세톤 또는 이산화질소 가스가 반응할 때 반응의 감도를 높일 수 있다.
제조예
먼저, 5mmol의 질산 아연 6 수화물 (Zn(NO3)2 · 6H2O), 5mmol의 암모늄 플루오라이드(NH4F) 및 1mmol의 수산화 나트륨(NaOH)을 18.5 mL의 증류수에 첨가한다.
다음으로, 상기 용액을10 분간 섞고, 30ml 용량의 바이알에 옮긴다.
다음으로, 120 °C에서 20 분 동안 마이크로파 합성 반응기에서 반응한다. (Anton Paar Monowave 300 이용함)
다음으로, 반응기에 있는 최종 솔루션을 자연적으로 55°C까지 냉각시킨다.
다음으로, 흰색 분말은 여과하고 침전 흰색 분말을 증류수와 에탄올로 세척한 후, 80 °C 오븐에서 밤새 건조한다.
상기 마이크로웨이브를 활용한 수열 합성 공정을 진행 하여 낮은 농도의 아세톤 및 이산화질소 가스에 대해 선택적으로 높은 감지 특성을 갖는 Zn(OH)F 의 화학식을 가지는 금속 플루오린화 수산화물을 형성하였다.
실험예
상기 제조예에 의해 형성된 상기 Zn(OH)F은 아세톤 및 이산화질소 가스에 대해 선택적으로 높은 감지 특성을 가질 수 있다.
상기 아세톤 및 이산화질소 가스의 선택적으로 높은 감지 특성 및 상기 가스센서의 적정 온도 특성을 연구하기 위해서, 포스트 어닐링 (post annealing) 공정을 진행한다.
상기 포스트 어닐링은Zn(OH)F의 특성에 대한 효과를 미칠 수 있다.
먼저, 금속 플루오린화 수산화물 나노 로드 Zn(OH)F 분말을 준비한다.
다음으로, 퍼니스에 투입한 후 250°C, 350°C 및 450 °C 온도에서 2시간동안 어닐링 한다.
이때, 350 C보다 높은 온도에서의 포스트 어닐링은 독성 HF 가스가 부산물로 방출될 수 있기 대문에 소규모로, 또는 흄 후드에서 수행되어야 한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 금속 플루오린화 수산화물을 포함하는 가스감지층을 포함하고,
    상기 가스감지층은 아세톤 또는 이산화질소 가스를 선택적으로 감지하되,
    상기 금속 플루오린화 수산화물은 Co(OH)F 나노로드, 또는 Zn(OH)F 나노로드와 Co(OH)F플라워가 혼합한 형태인 Co(OH)F/Zn(OH)F를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 플루오린화 수산화물을 포함하는 가스감지층은 표면에 흡착된 산소 이온과 상기 아세톤 또는 이산화질소 가스가 반응하여 저항이 변화되는 것을 특징으로 하는 가스센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 플루오린화 수산화물에서 플루오린은 가스 센서에 코팅된 물질 자체의 저항을 낮추어 흡착된 산소 이온과 아세톤 또는 이산화질소 가스가 반응할 때 반응의 감도를 높이는 것을 특징으로 하는 가스센서.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 가스감지층은 1ppm이하의 아세톤 또는 이산화질소 가스를 감지하는 것을 특징으로 하는 가스센서.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 금속 플루오린화 수산화물은 마이크로파를 활용한 수열 합성 방법을 통해 제조되는 것을 특징으로 하는 가스센서.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 가스센서는 50 °C 내지 250 °C 온도에서 작동하는 것을 특징으로 하는 가스센서.
  8. 금속 플루오린화 수산화물을 포함하는 가스감지층 표면에 흡착된 산소 이온과 아세톤 또는 이산화질소 가스가 반응하여 변화된 저항을 측정하되,
    상기 금속 플루오린화 수산화물은 Co(OH)F 나노로드, 또는 Zn(OH)F 나노로드와 Co(OH)F 플라워가 혼합한 형태인 Co(OH)F/Zn(OH)F를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서를 이용한 가스 감지 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 금속 플루오린화 수산화물을 포함하는 가스감지층 표면에 흡착된 산소 이온과 아세톤 또는 이산화질소 가스가 반응하는 경우 상기 가스센서의 저항이 증가하는 것을 특징으로 하는 가스센서를 이용한 가스 감지 방법.
  10. 삭제
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 금속 플루오린화 수산화물의 상기 플루오린은 가스 센서에 코팅된 물질 자체의 저항을 낮추어 흡착된 산소 이온과 아세톤 또는 이산화질소 가스가 반응할 때 반응의 감도를 높이는 것을 특징으로 하는 가스센서를 이용한 가스감지방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 가스센서는 50 °C 내지 250 °C 온도에서 작동하는 것을 특징으로 하는 가스센서를 이용한 가스감지방법.
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