KR20180119215A - Manufacturing method of gas sensor with integrated gas sensing materials - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 독성 가스 등을 감지할 수 있는 가스센서를 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세전자기계시스템(MEMS; Micro-Electro-Mechanical Systems) 플랫폼 등과 같은 센서소자의 초소형(좁은 면적) 감지부 위에 가스 감지소재를 집적화하여 독성가스 등을 감지할 수 있는 가스센서의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of manufacturing a gas sensor capable of sensing a toxic gas, and more particularly, to a method of manufacturing a gas sensor capable of detecting a toxic gas or the like, and more particularly, to a method of manufacturing a sensor (micro- To a method of manufacturing a gas sensor capable of detecting a toxic gas or the like by integrating a gas sensing material on the sensing unit.
최근 공공 이용시설, 산업시설에서 독성가스의 유해성 때문에 가스센서 개발에 대한 관심이 높아지고 있다. 현재까지 상용화되고 있는 가스센서는 전기화학식 가스센서 타입을 주로 사용하고 있으나, 일부 반도체식 가스센서가 사용되고 있다. 하지만, 신뢰성, 높은 가격, 높은 소비전력 등에 의해 그 사용이 제한된다. 고감도 일산화탄소와 포름알데히드 상용 가스센서 등은 현재까지 신뢰성 및 내구성의 문제로 전기화학식 가스센서의 형태로 주로 사용되고 있다. Recently, interest in the development of gas sensors is increasing due to toxicity of toxic gases in public facilities and industrial facilities. Gas sensors, which have been commercialized to date, mainly use an electrochemical type gas sensor type, but some semiconductor type gas sensors are used. However, its use is limited by reliability, high price, high power consumption, and the like. Sensitive carbon monoxide and formaldehyde commercial gas sensors have been used mainly in the form of electrochemical gas sensors because of their reliability and durability.
반도체식 가스센서는 다른 방식의 가스센서와 비교하여 고감도, 높은 정확성, 빠른 응답속도, 편한 유지보수, 낮은 제작비용, 소형화에 의한 휴대용 소자로 이용가능성 등의 많은 장점을 가진다. Semiconductor gas sensors have many advantages such as high sensitivity, high accuracy, fast response speed, easy maintenance, low manufacturing cost, and availability as a portable device due to miniaturization compared with other types of gas sensors.
나노소재를 이용한 반도체식 가스센서는 벌크 소재 기반의 가스센서에 비하여 매우 향상된 감도, 응답속도, 회복속도 등의 가스센서 특성을 보여준다. 감지소재로 나노소재의 적용은 벌크소재와 비교하여 보다 많은 비표면적과 상대적으로 큰 공핍층 변화, 향상된 전기적 특성 등에 의해 향상된 가스센싱 특성을 나타낸다. 최근 가스 센서소자의 소형화가 진행됨에 따라 나노소재를 사용한 가스센서의 제작은 집적화의 어려움, 고가의 공정 및 신뢰성 부족 때문에 그 적용의 한계가 존재한다. Semiconductor type gas sensor using nano material shows gas sensor characteristics such as sensitivity, response speed, and recovery speed, which are much improved compared to the bulk material based gas sensor. The application of nanomaterials as sensing material exhibits improved gas sensing properties due to more specific surface area, relatively larger depletion layer variation, and improved electrical properties compared to bulk materials. As gas sensor elements have been downsized in recent years, fabrication of gas sensors using nanomaterials is limited due to difficulty in integration, costly processing, and lack of reliability.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 전기수력학 젯 프린팅 장치를 이용하여 가스 감지소재를 집적화함으로써, 나노소재 적용의 한계인 집적화, 공정의 경제성, 신뢰성 등의 문제점을 해결할 수 있고, 또한, 경제적이면서 간단한 방법으로 초소형 저전력 가스센서를 제작할 수 있는 방법을 제공함에 있다. A problem to be solved by the present invention is to integrate a gas sensing material by using an electrohydraulic jet printing device, thereby solving problems such as integration, process economics, and reliability, which are limitations of nanomaterial application, And a method of fabricating an ultra-small, low-power gas sensor.
본 발명은, 가스 감지소재를 포함하는 잉크를 형성하는 단계 및 금속 전극이 노출되어 있는 센서소자의 감지부 상부에 전기수력학 젯 프린팅 장치를 이용하여 상기 잉크를 도포하는 단계를 포함하며, 상기 가스 감지소재는 Ni, Zn, In, Sn 및 Ti으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 기반으로 하는 금속산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조방법을 제공한다. The present invention comprises the steps of forming an ink comprising a gas sensing material and applying the ink using an electrohydraulic jet printing device on top of the sensing element of the sensor element to which the metal electrode is exposed, Wherein the sensing material comprises a metal oxide based on at least one metal selected from the group consisting of Ni, Zn, In, Sn and Ti.
상기 금속산화물은 구(sphere), 막대(rod), 플레이트(plate), 플레이크(flake), 필름(film), 나노선(nanowire) 및 나노섬유(nanofiber)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 형태를 가질 수 있다.The metal oxide may be in the form of one or more selected from the group consisting of sphere, rod, plate, flake, film, nanowire and nanofiber. Lt; / RTI >
상기 금속산화물은 구(sphere), 막대(rod), 플레이트(plate), 플레이크(flake), 필름(film), 나노선(nanowire) 및 나노섬유(nanofiber)로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상의 형태를 가질 수 있다.The metal oxide may be at least two types selected from the group consisting of spheres, rods, plates, flakes, films, nanowires and nanofibers. Lt; / RTI >
상기 잉크는 그래핀(graphene), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 카본블랙 및 흑연으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있고, 상기 첨가제는 상기 잉크에 상기 가스 감지소재 100중량부에 대하여 0.1∼50중량부 함유되는 것이 바람직하다. The ink may further comprise at least one additive selected from the group consisting of graphene, carbon nanotube, carbon black and graphite, wherein the additive is added to the ink in an amount of 100 parts by weight By weight based on 100 parts by weight of the total composition.
상기 잉크는 CuO, WO2 및 TeO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속산화물 촉매를 더 포함할 수 있고, 상기 금속산화물 촉매는 상기 잉크에 상기 가스 감지소재 100중량부에 대하여 0.1∼50중량부 함유되는 것이 바람직하다.The ink may further include at least one metal oxide catalyst selected from the group consisting of CuO, WO 2 and TeO 2 , and the metal oxide catalyst may be added to the ink in an amount of 0.1 to 50 parts by weight .
상기 잉크는 Pd, Pt, Ru, Au 및 Ag로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 촉매를 더 포함할 수 있고, 상기 금속 촉매는 상기 잉크에 상기 가스 감지소재 100중량부에 대하여 0.1∼50중량부 함유되는 것이 바람직하다.The ink may further include at least one metal catalyst selected from the group consisting of Pd, Pt, Ru, Au and Ag, and the metal catalyst may be added to the ink in an amount of 0.1 to 50 parts by weight .
상기 잉크는 알파터피놀(α-Terpineol), 에틸셀룰로스(Ethylcellulose), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐리덴플루오리드(Polyvinylidene fluoride), 에폭시(epoxy) 및 나피온(Nafion)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 바인더를 더 포함할 수 있고, 상기 바인더는 상기 잉크에 상기 가스 감지소재 100중량부에 대하여 0.1∼100중량부 함유되는 것이 바람직하다. The ink may be selected from the group consisting of alpha-terpineol, ethylcellulose, polyvinylpyrrolidone, polyvinylidene fluoride, epoxy, and Nafion. And the binder is contained in the ink in an amount of 0.1 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the gas sensing material.
상기 잉크는 벤질트리메틸암모늄 하이드록사이드(benzyltrimethylammonium hydroxide)(C10H17NO), 디에틸아민(diethylamine)(C4H11N), 에틸아민(ethylamine), 프로필아민(propylamine), 부틸아민(butylamine), 펜틸아민(pentyl amine), 메틸아민(methylamine)(CH5N), 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드(tetramethyl ammonium hydroxide), 테트라에틸 암모늄 하이드록사이드(tetraethyl ammonium hydroxide), 테트라프로필 암모늄 하이드록사이드(tetrapropyl ammonium hydroxide) 및 테트라부틸 암모늄 하이드록사이드(tetrabutyl ammonium hydroxide)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 분산제를 더 포함할 수 있고, 상기 분산제는 상기 잉크에 상기 가스 감지소재 100중량부에 대하여 0.1∼100중량부 함유되는 것이 바람직하다. The ink may be selected from the group consisting of benzyltrimethylammonium hydroxide (C 10 H 17 NO), diethylamine (C 4 H 11 N), ethylamine, propylamine, butylamine butylamine, pentylamine, methylamine (CH 5 N), tetramethyl ammonium hydroxide, tetraethyl ammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide Tetrapropyl ammonium hydroxide, and tetrabutyl ammonium hydroxide. The dispersant may be added to the ink in an amount of 0.1 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the gas sensing material. To 100 parts by weight.
상기 잉크의 점도는 50∼2500 cP인 것이 바람직하다. The viscosity of the ink is preferably 50 to 2500 cP.
상기 센서소자는, 기판; 상기 기판 상부에 형성된 금속패턴 히터; 상기 금속패턴 히터 상부에 형성된 절연층; 및 상기 절연층 상부에 패턴화되어 있는 금속 전극을 포함할 수 있다.The sensor element comprising: a substrate; A metal pattern heater formed on the substrate; An insulating layer formed on the metal pattern heater; And a metal electrode patterned on the insulating layer.
상기 잉크를 도포하는 단계는, 상기 잉크를 전기수력학 젯 프린팅 장치의 원료공급부에 투입하는 단계와, 상기 전기수력학 젯 프린팅 장치의 노즐과 기판이 놓인 접지전극 사이에 전압을 인가하는 단계와, 상기 원료공급부에서 상기 노즐로 상기 잉크를 공급하는 단계 및 상기 전기수력학 젯 프린팅 장치의 노즐에서 상기 잉크를 디자인된 패턴으로 상기 기판 위에 분사하는 단계를 포함할 수 있다.Wherein the step of applying the ink comprises the steps of injecting the ink into a feedstock of an electrohydraulic jet printing apparatus, applying a voltage between the nozzle of the electrohydraulic jet printing apparatus and the ground electrode on which the substrate is placed, Supplying the ink to the nozzles at the raw material supply unit, and ejecting the ink from the nozzles of the electrohydraulic jet printing apparatus onto the substrate in a designed pattern.
상기 노즐의 이동 속도는 1∼500 mm/sec로 조절하는 것이 바람직하다. The moving speed of the nozzle is preferably adjusted to 1 to 500 mm / sec.
상기 접지전극과 상기 노즐 사이에 인가되는 전압은 0.5∼10kV가 되게 제어하는 것이 바람직하다. The voltage applied between the ground electrode and the nozzle is preferably controlled to be 0.5 to 10 kV.
노즐 팁의 테일러 콘과 기판 사이의 거리는 10∼1000㎛가 되게 제어하는 것이 바람직하다. It is preferable to control the distance between the tail cone of the nozzle tip and the substrate to be 10 to 1000 mu m.
본 발명에 의하면, 전기수력학 젯 프린팅 장치를 이용하여 가스 감지소재를 집적화함으로써, 나노소재 적용의 한계인 집적화, 공정의 경제성, 신뢰성 등의 문제점을 해결할 수 있고, 또한, 경제적이면서 간단한 방법으로 초소형 저전력 가스센서를 제작할 수 있다. 나노소재는 응집이 쉽게 일어나고, 공정의 비용이 높기 때문에 집적화하여 디바이스를 구성하는 것은 매우 어려운데, 본 발명에 의하면, 가스 감지소재를 포함하는 잉크를 제조하고 전기수력학 젯 프린팅 장치를 이용하여 간단한 방법으로 소형화된 센서소자의 전극(감지부) 위에 가스 감지소재를 집적화할 수 있으며, 높은 재현성과 신뢰성을 갖는 집적화 공정을 통하여 공정의 비용을 줄일 수 있다.According to the present invention, by integrating a gas sensing material using an electrohydraulic jet printing apparatus, it is possible to solve problems such as integration, process economy, and reliability, which are limitations of nanomaterial application, A low-power gas sensor can be manufactured. Since nano materials are easily agglomerated and have a high process cost, it is very difficult to integrate and configure the device. According to the present invention, an ink containing a gas sensing material is manufactured and a simple method using an electrohydraulic jet printing device It is possible to integrate the gas sensing material on the electrode (sensing part) of the miniaturized sensor element, and the cost of the process can be reduced through the integration process with high reproducibility and reliability.
도 1은 전기수력학 젯 프린팅 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 전기방사법으로 합성된 In2O3 나노섬유의 FE-SEM(Field Emission Scanning electron microscope) 사진이다.
도 3은 MEMS 플랫폼 상부의 Au IDE 상부에 전기수력학 젯 프린팅 장치를 이용하여 가스감지물질을 집적화하는 과정을 보여주는 광학현미경 사진이다.
도 4는 Au IDE 상부에 집적화된 가스 감지소재를 보여주는 광학현미경 사진이다.
도 5는 집적화 횟수에 따른 가스 감지소재의 두께 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 집적화 횟수에 따른 가스 감지소재의 저항 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 실험예에 따라 제작된 In2O3 나노섬유 기반의 가스센서의 포름알데히드 독성가스에 대한 감지특성을 나타낸 그래프이다.1 is a schematic view showing an electrohydraulic jet printing apparatus.
2 is a FE-SEM (field emission scanning electron microscope) photograph of In 2 O 3 nanofiber synthesized by electrospinning.
3 is an optical micrograph showing the process of integrating a gas sensing material using an electrohydraulic jet printing device on top of an Au IDE on a MEMS platform.
Figure 4 is an optical micrograph showing a gas sensing material integrated on top of the Au IDE.
5 is a graph showing the thickness variation of the gas sensing material according to the number of integration times.
6 is a graph showing the resistance change of the gas sensing material according to the number of integration.
FIG. 7 is a graph showing the sensing characteristics of the In 2 O 3 nanofiber-based gas sensor fabricated according to the experimental example for formaldehyde toxic gas.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, it should be understood that the following embodiments are provided so that those skilled in the art will be able to fully understand the present invention, and that various modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is not.
이하에서, '나노'라 함은 1∼1000 나노미터(㎚) 단위의 크기를 의미하는 것으로 사용한다. Hereinafter, 'nano' refers to a size of 1 to 1000 nanometers (nm).
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스센서의 제조방법은, 가스 감지소재를 포함하는 잉크를 형성하는 단계 및 금속 전극이 노출되어 있는 센서소자의 감지부 상부에 전기수력학 젯 프린팅 장치를 이용하여 상기 잉크를 도포하는 단계를 포함하며, 상기 가스 감지소재는 Ni, Zn, In, Sn 및 Ti으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 기반으로 하는 금속산화물을 포함한다. A method of manufacturing a gas sensor according to a preferred embodiment of the present invention includes the steps of forming an ink containing a gas sensing material and forming an ink layer on an upper portion of a sensing element of a sensor element to which the metal electrode is exposed by using an electrohydraulic jet printing apparatus Wherein the gas sensing material comprises a metal oxide based on at least one metal selected from the group consisting of Ni, Zn, In, Sn and Ti.
상기 금속산화물은 구(sphere), 막대(rod), 플레이트(plate), 플레이크(flake), 필름(film), 나노선(nanowire) 및 나노섬유(nanofiber)로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 형태를 가질 수 있다.The metal oxide may be in the form of one or more selected from the group consisting of sphere, rod, plate, flake, film, nanowire and nanofiber. Lt; / RTI >
상기 금속산화물은 구(sphere), 막대(rod), 플레이트(plate), 플레이크(flake), 필름(film), 나노선(nanowire) 및 나노섬유(nanofiber)로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상의 형태를 가질 수 있다.The metal oxide may be at least two types selected from the group consisting of spheres, rods, plates, flakes, films, nanowires and nanofibers. Lt; / RTI >
상기 잉크는 그래핀(graphene), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 카본블랙 및 흑연으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있고, 상기 첨가제는 상기 잉크에 상기 가스 감지소재 100중량부에 대하여 0.1∼50중량부 함유되는 것이 바람직하다. The ink may further comprise at least one additive selected from the group consisting of graphene, carbon nanotube, carbon black and graphite, wherein the additive is added to the ink in an amount of 100 parts by weight By weight based on 100 parts by weight of the total composition.
상기 잉크는 CuO, WO2 및 TeO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속산화물 촉매를 더 포함할 수 있고, 상기 금속산화물 촉매는 상기 잉크에 상기 가스 감지소재 100중량부에 대하여 0.1∼50중량부 함유되는 것이 바람직하다.The ink may further include at least one metal oxide catalyst selected from the group consisting of CuO, WO 2 and TeO 2 , and the metal oxide catalyst may be added to the ink in an amount of 0.1 to 50 parts by weight .
상기 잉크는 Pd, Pt, Ru, Au 및 Ag로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속 촉매를 더 포함할 수 있고, 상기 금속 촉매는 상기 잉크에 상기 가스 감지소재 100중량부에 대하여 0.1∼50중량부 함유되는 것이 바람직하다.The ink may further include at least one metal catalyst selected from the group consisting of Pd, Pt, Ru, Au and Ag, and the metal catalyst may be added to the ink in an amount of 0.1 to 50 parts by weight .
상기 잉크는 알파터피놀(α-Terpineol), 에틸셀룰로스(Ethylcellulose), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐리덴플루오리드(Polyvinylidene fluoride), 에폭시(epoxy) 및 나피온(Nafion)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 바인더를 더 포함할 수 있고, 상기 바인더는 상기 잉크에 상기 가스 감지소재 100중량부에 대하여 0.1∼100중량부 함유되는 것이 바람직하다. The ink may be selected from the group consisting of alpha-terpineol, ethylcellulose, polyvinylpyrrolidone, polyvinylidene fluoride, epoxy, and Nafion. And the binder is contained in the ink in an amount of 0.1 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the gas sensing material.
상기 잉크는 벤질트리메틸암모늄 하이드록사이드(benzyltrimethylammonium hydroxide)(C10H17NO), 디에틸아민(diethylamine)(C4H11N), 에틸아민(ethylamine), 프로필아민(propylamine), 부틸아민(butylamine), 펜틸아민(pentyl amine), 메틸아민(methylamine)(CH5N), 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드(tetramethyl ammonium hydroxide), 테트라에틸 암모늄 하이드록사이드(tetraethyl ammonium hydroxide), 테트라프로필 암모늄 하이드록사이드(tetrapropyl ammonium hydroxide) 및 테트라부틸 암모늄 하이드록사이드(tetrabutyl ammonium hydroxide)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 분산제를 더 포함할 수 있고, 상기 분산제는 상기 잉크에 상기 가스 감지소재 100중량부에 대하여 0.1∼100중량부 함유되는 것이 바람직하다. The ink may be selected from the group consisting of benzyltrimethylammonium hydroxide (C 10 H 17 NO), diethylamine (C 4 H 11 N), ethylamine, propylamine, butylamine butylamine, pentylamine, methylamine (CH 5 N), tetramethyl ammonium hydroxide, tetraethyl ammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide Tetrapropyl ammonium hydroxide, and tetrabutyl ammonium hydroxide. The dispersant may be added to the ink in an amount of 0.1 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the gas sensing material. To 100 parts by weight.
상기 잉크의 점도는 50∼2500 cP인 것이 바람직하다. The viscosity of the ink is preferably 50 to 2500 cP.
상기 센서소자는, 기판; 상기 기판 상부에 형성된 금속패턴 히터; 상기 금속패턴 히터 상부에 형성된 절연층; 및 상기 절연층 상부에 패턴화되어 있는 금속 전극을 포함할 수 있다.The sensor element comprising: a substrate; A metal pattern heater formed on the substrate; An insulating layer formed on the metal pattern heater; And a metal electrode patterned on the insulating layer.
상기 잉크를 도포하는 단계는, 상기 잉크를 전기수력학 젯 프린팅 장치의 원료공급부에 투입하는 단계와, 상기 전기수력학 젯 프린팅 장치의 노즐과 기판이 놓인 접지전극 사이에 전압을 인가하는 단계와, 상기 원료공급부에서 상기 노즐로 상기 잉크를 공급하는 단계 및 상기 전기수력학 젯 프린팅 장치의 노즐에서 상기 잉크를 디자인된 패턴으로 상기 기판 위에 분사하는 단계를 포함할 수 있다.Wherein the step of applying the ink comprises the steps of injecting the ink into a feedstock of an electrohydraulic jet printing apparatus, applying a voltage between the nozzle of the electrohydraulic jet printing apparatus and the ground electrode on which the substrate is placed, Supplying the ink to the nozzles at the raw material supply unit, and ejecting the ink from the nozzles of the electrohydraulic jet printing apparatus onto the substrate in a designed pattern.
상기 노즐의 이동 속도는 1∼500 mm/sec로 조절하는 것이 바람직하다. The moving speed of the nozzle is preferably adjusted to 1 to 500 mm / sec.
상기 접지전극과 상기 노즐 사이에 인가되는 전압은 0.5∼10kV가 되게 제어하는 것이 바람직하다. The voltage applied between the ground electrode and the nozzle is preferably controlled to be 0.5 to 10 kV.
노즐 팁의 테일러 콘과 기판 사이의 거리는 10∼1000㎛가 되게 제어하는 것이 바람직하다. It is preferable to control the distance between the tail cone of the nozzle tip and the substrate to be 10 to 1000 mu m.
이하에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 가스센서의 제조방법을 더욱 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a method of manufacturing a gas sensor according to a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail.
가스 감지소재를 포함하는 잉크를 형성한다. 상기 가스 감지소재는 Ni, Zn, In, Sn, Ti, 이들의 혼합물 등의 금속을 기반으로 하는 금속산화물을 포함할 수 있다. 상기 가스 감지소재는 높은 비표면적을 갖는 형태로 구성되는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 가스 감지소재는 구(sphere), 막대(rod), 플레이트(plate), 플레이크(flake), 필름(film), 나노선(nanowire), 나노섬유(nanofiber) 등의 형태를 가질 수 있다. 이러한 가스 감지소재로서 In2O3 나노섬유 등을 그 예로 들 수 있다. 상기 가스 감지소재의 입자 크기가 작을수록 우수한 가스 감지 특성을 나타내며, 이러한 점을 고려하여 상기 가스 감지소재는 나노입자 사이즈, 1∼1000nm, 더욱 바람직하게는 5∼500nm의 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다. 상기 가스 감지소재는 구(sphere), 막대(rod), 플레이트(plate), 플레이크(flake), 필름(film), 나노선(nanowire) 및 나노섬유(nanofiber)로 이루어진 군으로부터 선택된 2종 이상의 형태를 가질 수도 있는데, 이와 같이 2종 이상의 형태를 가질 경우에는 가스 감지소재가 후술하는 잉크에 더욱 고르게 분산될 수 있고 가스 감지 특성을 더욱 향상시킬 수 있는 장점이 있다. Forming an ink comprising a gas sensing material. The gas sensing material may include metal oxides based on metals such as Ni, Zn, In, Sn, Ti, mixtures thereof, and the like. The gas sensing material preferably has a high specific surface area. For example, the gas sensing material may have the form of a sphere, a rod, a plate, a flake, a film, a nanowire, a nanofiber, . Examples of such gas sensing materials include In 2 O 3 nanofibers and the like. The smaller the particle size of the gas sensing material, the better the gas sensing characteristic. In view of this, the gas sensing material preferably has a nanoparticle size of 1 to 1000 nm, more preferably 5 to 500 nm . The gas sensing material may be in the form of two or more types selected from the group consisting of a sphere, a rod, a plate, a flake, a film, a nanowire and a nanofiber. When two or more types are used, the gas sensing material can be more evenly dispersed in the ink to be described later, and the gas sensing characteristic can be further improved.
상기 잉크는 가스 감지소재 및 용매를 포함한다. 상기 용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 에틸렌글리콜, 글리세롤, 디에틸렌 글리콜, 메틸에틸 케톤, 아세톤, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트 및 다이메틸포름아미드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 용매는 상기 잉크에 상기 가스 감지소재 100중량부에 대하여 70∼20000중량부 함유되어 있을 수 있다. The ink comprises a gas sensing material and a solvent. The solvent may include at least one material selected from the group consisting of methanol, ethanol, isopropanol, butanol, ethylene glycol, glycerol, diethylene glycol, methyl ethyl ketone, acetone, ethyl acetate, butyl acetate and dimethylformamide , But is not limited thereto. The solvent may be contained in the ink in an amount of 70 to 20000 parts by weight based on 100 parts by weight of the gas sensing material.
상기 잉크는 바인더를 더 포함할 수도 있다. 상기 바인더는 알파터피놀(α-Terpineol), 에틸셀룰로스(Ethylcellulose), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone), 폴리비닐리덴플루오리드(Polyvinylidene fluoride), 에폭시(epoxy) 및 나피온(Nafion)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 바인더는 상기 잉크에 상기 가스 감지소재 100중량부에 대하여 0.1∼100중량부 함유되어 있을 수 있다.The ink may further include a binder. The binder may be selected from the group consisting of alpha-terpineol, ethylcellulose, polyvinylpyrrolidone, polyvinylidene fluoride, epoxy, and Nafion. , And the like. The binder may be contained in the ink in an amount of 0.1 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the gas sensing material.
상기 잉크는 분산제를 더 포함할 수도 있다. 상기 분산제로는 벤질트리메틸암모늄 하이드록사이드(benzyltrimethylammonium hydroxide)(C10H17NO), 디에틸아민(diethylamine)(C4H11N), 에틸아민(ethylamine), 프로필아민(propylamine), 부틸아민(butylamine), 펜틸아민(pentyl amine), 메틸아민(methylamine)(CH5N), 테트라메틸 암모늄 하이드록사이드(tetramethyl ammonium hydroxide), 테트라에틸 암모늄 하이드록사이드(tetraethyl ammonium hydroxide), 테트라프로필 암모늄 하이드록사이드(tetrapropyl ammonium hydroxide), 테트라부틸 암모늄 하이드록사이드(tetrabutyl ammonium hydroxide) 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 분산제로서 이외에도 일반적으로 알려져 있는 물질이나 상업적으로 판매되고 있는 것을 사용할 수 있다. 상기 분산제는 상기 잉크에 상기 가스 감지소재 100중량부에 대하여 0.1∼100중량부 함유되어 있을 수 있다.The ink may further comprise a dispersing agent. Examples of the dispersing agent include benzyltrimethylammonium hydroxide (C 10 H 17 NO), diethylamine (C 4 H 11 N), ethylamine, propylamine, butylamine butylamine, pentylamine, methylamine (CH 5 N), tetramethyl ammonium hydroxide, tetraethyl ammonium hydroxide, tetrapropylammonium hydroxide Tetrapropyl ammonium hydroxide, tetrabutyl ammonium hydroxide or a mixture thereof may be used. As a dispersant, generally known materials or those sold commercially can be used. The dispersant may be contained in the ink in an amount of 0.1 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the gas sensing material.
전기전도성을 높여서 가스 감지 특성을 높이기 위하여 첨가제가 상기 잉크에 함유될 수도 있다. 상기 첨가제는 그래핀, 탄소나노튜브(Carbon nanotube), 카본블랙 및 흑연으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니고 상기 가스 감지소재에 비하여 전도성이 높은 물질이라면 상관이 없다. 상기 첨가제는 상기 잉크에 상기 가스 감지소재 100중량부에 대하여 0.1∼50중량부 정도 함유되는 것이 바람직하다. An additive may be contained in the ink in order to enhance the electrical conductivity and enhance the gas sensing property. The additive may include at least one material selected from the group consisting of graphene, carbon nanotube, carbon black, and graphite, but is not limited thereto and may be any material having a higher conductivity than the gas sensing material There is no. The additive is preferably contained in the ink in an amount of about 0.1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the gas sensing material.
또한, 가스 감지 특성을 높이기 위하여 금속산화물 촉매가 상기 잉크에 함유될 수도 있다. 상기 금속산화물 촉매는 CuO, WO2 및 TeO2로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속산화물을 포함할 수 있다. 상기 금속산화물 촉매는 상기 잉크에 상기 가스 감지소재 100중량부에 대하여 0.1∼50중량부 정도 함유되는 것이 바람직하다. In2O3, TiO2, NiO, SnO2, ZnO 등의 가스 감지소재에 금속산화물 촉매를 첨가한 경우 좋은 응답특성을 나타낸다. In addition, a metal oxide catalyst may be contained in the ink to enhance the gas sensing property. The metal oxide catalyst may include at least one metal oxide selected from the group consisting of CuO, WO 2 and TeO 2 . The metal oxide catalyst is preferably contained in the ink in an amount of about 0.1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the gas sensing material. In the case of adding a metal oxide catalyst to a gas sensing material such as In 2 O 3 , TiO 2 , NiO, SnO 2 , and ZnO, good response characteristics are exhibited.
또한, 가스 감지 특성을 높이기 위하여 금속 촉매가 상기 잉크에 함유될 수도 있다. 상기 금속 촉매는 Pd, Pt, Ru, Au 및 Ag로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 포함할 수 있다. 상기 금속 촉매는 상기 잉크에 상기 가스 감지소재 100중량부에 대하여 0.1∼50중량부 정도 함유되는 것이 바람직하다. In2O3, TiO2, NiO, SnO2, ZnO 등의 가스 감지소재에 금속 촉매를 첨가한 경우 좋은 응답특성을 나타낸다. In addition, a metal catalyst may be contained in the ink to enhance the gas sensing property. The metal catalyst may include at least one metal selected from the group consisting of Pd, Pt, Ru, Au, and Ag. The metal catalyst is preferably contained in the ink in an amount of about 0.1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the gas sensing material. It shows good response characteristics when a metal catalyst is added to gas sensing materials such as In 2 O 3 , TiO 2 , NiO, SnO 2 , and ZnO.
잉크의 도포 용이성, 도포 균일성, 도포되는 두께 등을 고려하여 상기 잉크의 점도는 30∼3000 cP, 더욱 바람직하게는 50∼2500 cP 정도인 것이 바람직하다. The viscosity of the ink is preferably about 30 to 3000 cP, more preferably about 50 to 2500 cP in consideration of ease of application of the ink, uniformity of application, thickness to be applied, and the like.
상기 잉크를 제조함에 있어서 상기 가스 감지소재의 분산이 잘 이루어지게 하기 위하여 초음파 처리를 수행할 수도 있다. In manufacturing the ink, ultrasound processing may be performed in order to facilitate dispersion of the gas sensing material.
금속 전극이 노출되어 있는 센서소자의 감지부 상부에 전기수력학 젯 프린팅 장치를 이용하여 상기 잉크를 도포한다. 상기 센서소자는 기판, 상기 기판 상부에 형성된 금속패턴 히터, 상기 금속패턴 히터 상부에 형성된 절연층 및 상기 절연층 상부에 패턴화되어 있는 금속 전극을 포함할 수 있다. 상기 금속 전극은 산화막과 같은 절연층 상부에 패턴화되어 있을 수 있다. The ink is applied to the upper portion of the sensing unit of the sensor element in which the metal electrode is exposed by using an electrohydraulic jet printing apparatus. The sensor element may include a substrate, a metal pattern heater formed on the substrate, an insulating layer formed on the metal pattern heater, and a metal electrode patterned on the insulating layer. The metal electrode may be patterned on an insulating layer such as an oxide film.
최근 센서소자의 소형화가 진행됨에 따라 나노소재를 사용한 가스센서의 제작은 나노소재 집적화의 어려움, 고가의 공정 및 신뢰성 부족 때문에 그 적용의 한계가 존재한다. 전기수력학 젯 프린팅 장치를 이용한 가스센서 제작은 나노소재 적용 한계인 집적화, 공정의 경제성, 신뢰성 등의 문제점을 해결하기 위한 방법으로 제시될 수 있다. In recent years, miniaturization of sensor devices is progressing, and there are limitations in the fabrication of gas sensors using nanomaterials because of difficulty in integrating nanomaterials, costly processes, and lack of reliability. The fabrication of gas sensors using an electrohydraulic jet printing device can be presented as a method to solve problems such as integration, process economics, and reliability, which are the application limits of nanomaterials.
전기수력학 젯 프린팅은 잉크가 나오는 노즐과 잉크가 방사되는 기판을 두는 접지전극 사이에 고전압을 인가하여 발생하는 전위차에 의해 프린팅을 하는 방법이다. Electrohydrodynamic jet printing is a method of printing by a potential difference generated by applying a high voltage between a nozzle from which ink is ejected and a ground electrode which holds a substrate on which ink is emitted.
도 1은 전기수력학 젯 프린팅 장치를 개략적으로 도시한 구성도이다. 1 is a schematic view showing an electrohydraulic jet printing apparatus.
도 1을 참조하면, 전기수력학(electrohydrodynamic) 젯 프린팅 장치는 노즐과 접지전극(ground electrode) 사이에 전압을 인가하여 생기는 전위차(potential difference)를 이용하여 프린팅을 실시하는 장치이다.Referring to FIG. 1, an electrohydrodynamic jet printing apparatus is a device that performs printing using a potential difference generated by applying a voltage between a nozzle and a ground electrode.
전기수력학 젯 프린팅 장치는 원료공급부(10), 노즐(20), 기판(30), 스테이지부(40), 전원공급장치(50) 및 제어부(미도시)를 포함한다. The electrohydraulic jet printing apparatus includes a raw
원료공급부(10)는 잉크를 노즐(20)로 공급하는 역할을 한다. 원료공급부(10)에는 시린지 펌프(미도시)가 구비될 수 있으며, 상기 시린지 펌프는 펌핑하여 잉크가 노즐(20)로 원활하게 공급될 수 있게 하는 역할을 한다. The raw
노즐(20)은 원료공급부(10)로부터 공급된 잉크를 일정한 수력학적 압력(hydrodynamic pressure)으로 기판(30)에 분무하는 역할을 한다. 노즐(20)은 기판(30)으로부터 이격되어 위치하고 노즐(20)은 Z축을 따라 상하로 움직일 수 있게 구비될 수 있다. 노즐(20)의 단부에는 잉크가 나오는(배출되는) 부분으로서 뾰족한 형태를 갖는 니들(needle)이 구비되어 있을 수 있다. The
스테이지부(40)는 기판(30)의 하부에 위치하여 기판(30)을 유지하면서 제어부에 입력된 패턴대로 형성되도록 기판(30)을 정밀하게 이동시킨다. 스테이지부(40)는 x축 및 y축의 움직임에 대한 컨트롤이 가능한 제어부의 명령에 따라 X축 및 Y축으로 움직일 수 있게 구성된다.The
전원공급장치(50)는 노즐(20)에 연결되어 전압을 인가한다.The
이와 같이 구성된 전기수력학 젯 프린팅 장치는 전압공급장치(50)에 의해 노즐(20)과 접지전극 사이에 전압이 인가되게 되면 노즐(20) 팁의 메니스커스(meniscus)의 모양이 변형되게 되고 이때 발생하는 젯(jet)이 기판(30)에 입력된 형태의 패턴을 형성하게 된다.When the voltage is applied between the
기판(30)은 스테이지부(40)에 장착되어 X축 또는 Y축으로 1∼500 mm/sec 정도의 속도로 움직일 수 있게 구성되는 것이 바람직하다. The
불안정한 계면은 원뿔형의 모양을 가지는데, 이를 테일러 콘(Taylor cone)이라고 부르며, 콘(cone)의 끝에서 일련의 액적 또는 가느다란 젯(jet)이 방출된다. 전기수력학 젯 프린팅 장치의 노즐 팁(또는 니들)에 맺히는 테일러 콘의 크기는 원료공급부(10)로부터 노즐(20)로 공급되는 잉크의 유량과 노즐 팁의 직경에 의해 제어된다. 노즐(20)로 공급되는 잉크의 유량은 0.1∼20㎛/min 정도의 속도를 갖도록 하는 바람직하다. 노즐(20)의 내경은 2∼1000㎛ 정도인 것이 바람직하다.The unstable interface has a conical shape, called the Taylor cone, which emits a series of droplets or a jet at the end of the cone. The size of the Taylor cone formed in the nozzle tip (or needle) of the electrohydraulic jet printing apparatus is controlled by the flow rate of the ink supplied from the raw
양의 고전압이 인가된 노즐(20)을 잉크가 통과할 때 잉크 속에 용해되어 있던 음이온들이 인력에 의해 이동하고, 양이온들은 반발력에 의해 노즐 끝에 맺혀있는 메니스커스로 이동하여 전하 분리 현상이 발생한다. 이때 충분한 전압이 인가되면 맺혀있는 물방울의 곡면에 작용하는 전기력과 양이온들의 반발력이 잉크의 표면장력보다 커지면서 형성된 테일러 콘(Taylor cone)에서 젯(jet)이 발생하며 잉크가 분사된다. 일반적인 전기수력학 젯 프린팅은 섬유 형태로 잉크를 뽑으면서 마스크나 에칭 공정 없이 기판(30) 위에 디자인된 패턴으로 프린팅된다. As the ink passes through the
테일러 콘의 형상은 노즐(20)과 기판(30)을 놓는 스테이지부(40)(또는 접지전극) 사이에 인가되는 전압에 의해 제어된다. 스테이지부(40)(또는 접지전극)와 노즐(20) 사이에 인가되는 전압은 0.5∼10kV 정도인 것이 바람직하다. The shape of the Taylor cone is controlled by the voltage applied between the
테일러 콘의 크기 및 형상은 도포 두께 등을 고려하여 제어된다. 도포 두께 등을 고려하여 노즐 팁 끝에 맺힌 테일러 콘과 기판(30) 사이의 거리를 제어한다. 노즐 팁의 테일러 콘과 기판 사이의 거리는 10∼1000㎛ 정도인 것이 바람직하다. 노즐(20)의 이동 속도는 1∼500 mm/sec 정도인 것이 바람직하다. The size and shape of the tail cone are controlled in consideration of the coating thickness and the like. The distance between the tailer cone formed at the tip of the nozzle tip and the
전기수력학 젯 프린팅 장치에 의해 디자인된 어레이 구조를 갖도록 의도된 패턴으로 프린팅 될 수 있다. 건조에 의해 잉크에 함유된 용매 성분은 휘발되게 되고, 이에 따라 센서소자의 감지부 상부에는 가스 감지소재가 잔류하게 된다. May be printed in a pattern intended to have an array structure designed by an electrohydraulic jet printing device. The solvent component contained in the ink is volatilized due to drying, so that the gas sensing material remains on the upper portion of the sensing portion of the sensor element.
전기수력학 젯 프린팅 장치에 의해 기판(30) 위에 도포된 결과물은 열처리 과정을 통해 치밀화를 제어할 수도 있다. 열처리는 전기로, 레이저, 극초단파 전기로 등의 열원을 사용하는 것이 바람직하다. 바인더가 잉크가 함유되어 있는 경우에 상기 열처리는 잉크에 함유된 바인더를 태워서 제거하기 위하여 300∼600℃의 온도에서 수행하는 것이 바람직하다.The result of coating on the
이와 같이 전기수력학 젯 프린팅 장치에 의해 센서소자의 감지부(금속 전극) 위에 잉크가 도포되어 형성된 가스 감지소재는 가스 감응물질로서 기능할 수 있으며 이에 의해 가스(예컨대, 독성가스)를 감지할 수가 있다. 미세전자기계시스템(MEMS; Micro-Electro-Mechanical Systems) 플랫폼 등과 같은 센서소자에서 감지부는 초소형(좁은 면적)일 것이 요구되는데, 이러한 초소형 감지부 위에 가스 감지소재를 집적화할 수 있는 장점이 있다.In this way, the gas sensing material formed by applying ink onto the sensing portion (metal electrode) of the sensor element by the electrohydraulic jet printing device can function as a gas sensitive material, thereby sensing gas (for example, toxic gas) have. In a sensor element such as a micro-electro-mechanical systems (MEMS) platform, the sensing part is required to be very small (narrow area), and there is an advantage that the gas sensing material can be integrated on such a small sensing part.
이하에서, 본 발명에 따른 실험예를 구체적으로 제시하며, 다음에 제시하는 실험예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, experimental examples according to the present invention will be specifically shown, and the present invention is not limited to the following experimental examples.
<실험예><Experimental Example>
본 발명의 발명자들은 경제적이고 간단한 합성 공정을 통해 가스 감지소재를 합성하고, 이를 이용하여 센서소자의 감지부 위에 집적화하여 초소형 가스센서를 제작할 수 있는 방안을 연구하였다.The inventors of the present invention have studied a method of manufacturing an ultra-small gas sensor by synthesizing a gas sensing material through an economical and simple synthesis process and integrating it on the sensing part of the sensor element using the gas sensing material.
감응물질 집적화를 위한 잉크 제조Ink manufacture for sensitive material integration
전기방사법으로 합성된 In2O3 나노섬유를 준비하였다. 도 2는 전기방사법으로 합성된 In2O3 나노섬유의 FE-SEM(field emission scanning electron microscope) 사진이다.In 2 O 3 nanofibers synthesized by electrospinning were prepared. 2 is a FE-SEM (field emission scanning electron microscope) photograph of In 2 O 3 nanofiber synthesized by electrospinning.
상기 In2O3 나노섬유를 포함하는 나노섬유 기반 잉크를 제조하였다. 상기 In2O3 나노섬유 0.02g, 에탄올 0.8g을 혼합한 뒤 1시간 정도 초음파 처리를 하여 분산을 시켜 잉크를 제조하였다. 상기 잉크는 집적화용 잉크로서 센서소자에 사용하기 위한 것이다.A nanofiber-based ink containing the In 2 O 3 nanofiber was prepared. 0.02 g of the In 2 O 3 nanofiber and 0.8 g of ethanol were mixed and dispersed by ultrasonic treatment for about 1 hour to prepare an ink. The ink is intended for use in a sensor element as an ink for integration.
전기수력학 젯 프린팅 장치를 이용한 집적화Integration using electrohydraulic jet printing device
감지물질을 집적화하여 가스센서를 제작하기 위하여 미세전자기계시스템(MEMS; Micro-Electro-Mechanical Systems) 공정을 통하여 제작된 300×300 ㎛2의 면적을 갖는 MEMS 플랫폼 위에 20 ㎛의 간격으로 Au IDE(Interdigited electrode)가 패턴되어 있는 센서소자를 사용하였다. To fabricate a gas sensor by integrating the sensing material, Au IDE () was fabricated on a MEMS platform having a size of 300 × 300 μm 2 manufactured by a micro-electro-mechanical system (MEMS) Interdigited electrode pattern was used.
상기 잉크를 주사기에 주입한 후, 전기수력학 젯 프린팅 장치의 원료공급부에 부착하였다. 펌프를 이용하여 노즐에 잉크를 공급하였다. 노즐 팁의 잉크 방울과 기판과의 거리는 300㎛로 고정하였다. 기판이 위치된 접지전극과 노즐 사이에 0.5kV의 전압을 인가하였다. 외경 0.31mm, 내경 0.16mm (30 게이지 (gauge))의 크기를 갖는 노즐이 사용되었다. 도 3은 MEMS 플랫폼 상부의 Au IDE 상부에 전기수력학 젯 프린팅 장치를 이용하여 가스감지물질을 집적화하는 과정을 보여주는 광학현미경 사진이다. 도 4는 Au IDE 상부에 집적화된 가스 감지소재를 보여주는 광학현미경 사진이다.The ink was injected into a syringe and then attached to the feedstock of the electrohydraulic jet printing apparatus. The ink was supplied to the nozzle using a pump. The distance between the ink droplet of the nozzle tip and the substrate was fixed at 300 mu m. A voltage of 0.5 kV was applied between the ground electrode on which the substrate was placed and the nozzle. A nozzle having an outer diameter of 0.31 mm and an inner diameter of 0.16 mm (30 gauge) was used. 3 is an optical micrograph showing the process of integrating a gas sensing material using an electrohydraulic jet printing device on top of an Au IDE on a MEMS platform. Figure 4 is an optical micrograph showing a gas sensing material integrated on top of the Au IDE.
In2O3 나노섬유 기반의 잉크를 Au IDE가 노출되어 있는 감지부 위에 30 게이지(gauge) 니들(needle)을 사용하여 회당 0.5㎕ 씩 도포한 후 건조시켰다. 0.5㎕씩 5번, 10번, 15번, 20번 도포하여 건조한 샘플의 두께를 도 5에 나타내었고, 0.5㎕씩 5번, 10번, 15번, 20번 도포하여 건조한 샘플의 저항을 도 6에 나타내었다.In 2 O 3 nanofiber-based ink was applied on the sensing part where the Au IDE was exposed, using a 30 gauge needle, in an amount of 0.5 μl per well and dried. 5, 5, 10, 15, and 20 were applied at 0.5, 5, 10, 15, and 20 times. The thickness of the dried sample was shown in FIG. 5. The resistance of the dried sample was measured by applying 5, 10, 15, Respectively.
이렇게 제조된 In2O3 나노섬유 기반 가스센서의 가스감지 특성을 도 7에 나타내었다. 도 7은 가스유량조절기(Mass Flow Controller; MFC)에 의해 농도가 제어된 포름알데히드(HCHO) 독성가스의 가스 농도변화에 따른 저항을 측정하여 나타낸 그래프이고, 포름알데히드(HCHO) 독성가스에 대한 가스감지 성능이 우수한 것으로 판단된다.The gas sensing characteristics of the thus-fabricated In 2 O 3 nanofiber-based gas sensor are shown in FIG. FIG. 7 is a graph showing the resistance of a formaldehyde (HCHO) toxic gas having a concentration controlled by a mass flow controller (MFC) according to a change in gas concentration, and FIG. 7 is a graph showing the resistance of a gas against formaldehyde (HCHO) It is judged that the detection performance is excellent.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, This is possible.
10: 원료공급부
20: 노즐
30: 기판
40: 스테이지부
50: 전원공급장치10:
20: Nozzle
30: substrate
40:
50: Power supply
Claims (12)
금속 전극이 노출되어 있는 센서소자의 감지부 상부에 전기수력학 젯 프린팅 장치를 이용하여 상기 잉크를 도포하는 단계를 포함하며,
상기 가스 감지소재는 Ni, Zn, In, Sn 및 Ti으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 금속을 기반으로 하는 금속산화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조방법.
Forming an ink comprising a gas sensing material; And
And applying the ink to an upper portion of the sensing unit of the sensor element in which the metal electrode is exposed, using an electrohydraulic jet printing apparatus,
Wherein the gas sensing material comprises a metal oxide based on at least one metal selected from the group consisting of Ni, Zn, In, Sn and Ti.
The method of claim 1, wherein the metal oxide is selected from the group consisting of a sphere, a rod, a plate, a flake, a film, a nanowire, and a nanofiber. Wherein the gas sensor has one or more selected shapes.
The method of claim 1, wherein the metal oxide is selected from the group consisting of a sphere, a rod, a plate, a flake, a film, a nanowire, and a nanofiber. Wherein the gas sensor has two or more selected shapes.
상기 첨가제는 상기 잉크에 상기 가스 감지소재 100중량부에 대하여 0.1∼50중량부 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조방법.
The ink according to claim 1, wherein the ink further comprises at least one additive selected from the group consisting of graphene, carbon nanotube, carbon black and graphite,
Wherein the additive is contained in the ink in an amount of 0.1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the gas sensing material.
상기 금속산화물 촉매는 상기 잉크에 상기 가스 감지소재 100중량부에 대하여 0.1∼50중량부 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조방법.
The ink according to claim 1, wherein the ink further comprises at least one metal oxide catalyst selected from the group consisting of CuO, WO 2 and TeO 2 ,
Wherein the metal oxide catalyst is contained in the ink in an amount of 0.1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the gas sensing material.
상기 금속 촉매는 상기 잉크에 상기 가스 감지소재 100중량부에 대하여 0.1∼50중량부 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조방법.
The ink according to claim 1, wherein the ink further comprises at least one metal catalyst selected from the group consisting of Pd, Pt, Ru, Au and Ag,
Wherein the metal catalyst is contained in the ink in an amount of 0.1 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of the gas sensing material.
상기 바인더는 상기 잉크에 상기 가스 감지소재 100중량부에 대하여 0.1∼100중량부 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조방법.
The ink according to claim 1, wherein the ink is selected from the group consisting of alpha-terpineol, ethylcellulose, polyvinylpyrrolidone, polyvinylidene fluoride, (Nafion), and at least one binder selected from the group consisting of
Wherein the binder is contained in the ink in an amount of 0.1 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the gas sensing material.
상기 분산제는 상기 잉크에 상기 가스 감지소재 100중량부에 대하여 0.1∼100중량부 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조방법.
The ink according to claim 1, wherein the ink is selected from the group consisting of benzyltrimethylammonium hydroxide (C 10 H 17 NO), diethylamine (C 4 H 11 N), ethylamine, propylamine propylamine, butylamine, pentylamine, methylamine (CH 5 N), tetramethyl ammonium hydroxide, tetraethyl ammonium hydroxide, At least one dispersant selected from the group consisting of tetrapropyl ammonium hydroxide and tetrabutyl ammonium hydroxide,
Wherein the dispersing agent is contained in the ink in an amount of 0.1 to 100 parts by weight based on 100 parts by weight of the gas sensing material.
The method according to claim 1, wherein the viscosity of the ink is 50 to 2500 cP.
기판;
상기 기판 상부에 형성된 금속패턴 히터;
상기 금속패턴 히터 상부에 형성된 절연층; 및
상기 절연층 상부에 패턴화되어 있는 금속 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조방법.
The sensor device according to claim 1,
Board;
A metal pattern heater formed on the substrate;
An insulating layer formed on the metal pattern heater; And
And a metal electrode patterned on the insulating layer.
상기 잉크를 전기수력학 젯 프린팅 장치의 원료공급부에 투입하는 단계;
상기 전기수력학 젯 프린팅 장치의 노즐과 기판이 놓인 접지전극 사이에 전압을 인가하는 단계;
상기 원료공급부에서 상기 노즐로 상기 잉크를 공급하는 단계; 및
상기 전기수력학 젯 프린팅 장치의 노즐에서 상기 잉크를 디자인된 패턴으로 상기 기판 위에 분사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조방법.
The method of claim 1, wherein applying the ink comprises:
Injecting the ink into a feedstock of an electrohydraulic jet printing apparatus;
Applying a voltage between a nozzle of the electrohydraulic jet printing apparatus and a ground electrode on which the substrate is placed;
Supplying the ink to the nozzle at the raw material supply unit; And
And spraying the ink onto the substrate in a designed pattern at a nozzle of the electrohydraulic jet printing apparatus.
상기 접지전극과 상기 노즐 사이에 인가되는 전압은 0.5∼10kV가 되게 제어하며,
노즐 팁의 테일러 콘과 기판 사이의 거리는 10∼1000㎛가 되게 제어하는 것을 특징으로 하는 가스센서의 제조방법.12. The method of claim 11, wherein the moving speed of the nozzle is adjusted to 1 to 500 mm / sec,
A voltage applied between the ground electrode and the nozzle is controlled to be 0.5 to 10 kV,
Wherein the distance between the tail cone of the nozzle tip and the substrate is controlled to be 10 to 1000 占 퐉.
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|---|---|---|---|---|
| CN110294960A (en) * | 2019-07-30 | 2019-10-01 | 高碑店市隆泰丰博石墨烯有限公司 | Freezing point is starched and preparation method in -20 DEG C or less anti-freeze type watersoluble plumbago alkene electric heating |
| KR20200079073A (en) | 2018-12-24 | 2020-07-02 | 한국세라믹기술원 | Method For Making The Highly Sensitive Material |
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