선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 본 연구는 탄화수소계 휘발성 가스 감지용 센서 감지물질의 입자크기와 감도의 상관관계를 연구하기 위하여 볼밀과정을 통해 WO3 입자의 크기를 변화시켜 WO3 입자크기에 따른 감지특성을 연구하였다.
제안 방법
- 6 wt% In2O3을 첨가한 WO3 나노분말을 볼밀법으로 입자크기를 변화시켜 제조하였다. WO3:In2O3 가스센서는 스크린프린팅법을 사용하여 알루미나 기판에 도포하여 얻었다.
- WO3: In2O3 감지물질은 알루미나 기판위에 스크린프린팅 한 후, 80℃에서 30분간 오븐건조 하여 350℃, 3시간동안 열처리하여 제작하였다. In2O3이 첨가된 WO3 감지물질의 결정구조와 입형은 X선 회절(X-ray diffraction, XRD, RIGAKU 社)과 전계방출형 주사현미경(Feild Emission Gun Scanning Electron Microscope System, FE-SEM)으로 조사하였다.
- 감지특성은 샘플 챔버에 가스 유량을 MFC를 이용하여 5 ppm 가스를 초당 500 cc씩 흘려주면서 1초 간격으로 전압 변화를 측정하였다.
- 1은 감지막 및 센서제조의 개략적인 공정도를 나타낸다. 볼밀에 의한 나노 WO3는 WO3 (Kojundo, 99.9%)를 증류수 200 ml와 혼합하여 알루미나 볼을 사용하여 12시간, 48시간, 그리고 72시간 동안 각각 볼밀하여 제조하였다. WO3 표면에 나노 촉매 In2O3 부착은 4 wt% InCl3 (Indium chloride, 98%)수용액을 WO3와 혼합한 후, 암모니아수로 pH 7을 유지하여 5분간 교반하였다.
- 2는 센서특성 측정을 위한 회로도를 나타낸 것이다. 센서특성은 회로도와 같이 부하저항(R1)을 센서와 직렬로 연결하여 센서의 저항을 구하였다. 외부 전압은 5V를 인가하였으며 부하 저항은 1500 MΩ을 사용하였다.
대상 데이터
- 페이스트는 WO3: In2O3 분말과 α-terpinol과 glycerol이 혼합된 유기용제를 혼합하여 제조하였다.
이론/모형
- 나노분말을 볼밀법으로 입자크기를 변화시켜 제조하였다. WO3:In2O3 가스센서는 스크린프린팅법을 사용하여 알루미나 기판에 도포하여 얻었다. WO3:In2O3 감지물질의 입자구조는 monoclinic 으로 나타났고, 볼밀시간이 길어질수록 결정성이 감소하는 것을 확인하였다.
성능/효과
- WO3:In2O3 감지물질의 입자구조는 monoclinic 으로 나타났고, 볼밀시간이 길어질수록 결정성이 감소하는 것을 확인하였다. SEM 이미지에서 WO3:In2O3 감지물질의 입형은 볼밀시간이 72시간에서 크기가 200 nm 정도로 감소하는 것을 확인하였고, 나노 크기의 In2O3는 WO3입자표면에 붙어 있는 것을 SEM으로 확인 하였다. 감도는 48시간 볼밀한 센서가 프로판 가스와 메탄가스에 대하여 감도가 가장 우수하게 타나났다.
- WO3:In2O3 가스센서는 스크린프린팅법을 사용하여 알루미나 기판에 도포하여 얻었다. WO3:In2O3 감지물질의 입자구조는 monoclinic 으로 나타났고, 볼밀시간이 길어질수록 결정성이 감소하는 것을 확인하였다. SEM 이미지에서 WO3:In2O3 감지물질의 입형은 볼밀시간이 72시간에서 크기가 200 nm 정도로 감소하는 것을 확인하였고, 나노 크기의 In2O3는 WO3입자표면에 붙어 있는 것을 SEM으로 확인 하였다.
- SEM 이미지에서 WO3:In2O3 감지물질의 입형은 볼밀시간이 72시간에서 크기가 200 nm 정도로 감소하는 것을 확인하였고, 나노 크기의 In2O3는 WO3입자표면에 붙어 있는 것을 SEM으로 확인 하였다. 감도는 48시간 볼밀한 센서가 프로판 가스와 메탄가스에 대하여 감도가 가장 우수하게 타나났다. 메탄가스에 대한 응답 및 회복특성은 프로판 가스 보다 조금 더 빠르게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
- 볼밀을 하지 않은 입자의 크기는 약 1 µm 이상의 큰 입자들 이었으나, 12시간 볼밀 하였을 때 평균 입자의 크기는 약 700 nm, 48시간 볼밀한 입자의 크기는 약 250 nm, 72시간의 경우 약 200 nm 정도로 나타났다. 또한 볼밀을 12시간 한 WO3는 볼밀을 하지 않은 WO3 분말과 비교 하였을 때, 입자 표면이 알루미나 볼에 의하여 파괴 된 흔적이 나타난 것을 확인하였다. 볼밀 시간이 길어질수록 입자는 비교적 구형으로 관찰 되었다.
- 볼밀시간이 48시간 이상 증가하면 감도는 오히려 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, WO3: In2O3 가스센서의 메탄가스 5ppm에 대한 감도는 프로판가스에 대한 감도와 비슷하게 48시간 동안 볼밀하여 제작한 센서가 가장 우수하게 나타났다. 가스센서의 감도는 입자의 크기와 관련되어 있다고 보고되어 있다.
- 메탄가스의 반응시간은 7초, 회복시간은 9초로 나타났다. 메탄가스에 대한 응답 및 회복시간은 프로판 가스의 결과보다 조금 더 우수한 것을 확인할 수 있었다.
- 감도는 48시간 볼밀한 센서가 프로판 가스와 메탄가스에 대하여 감도가 가장 우수하게 타나났다. 메탄가스에 대한 응답 및 회복특성은 프로판 가스 보다 조금 더 빠르게 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
- 또한 볼밀을 12시간 한 WO3는 볼밀을 하지 않은 WO3 분말과 비교 하였을 때, 입자 표면이 알루미나 볼에 의하여 파괴 된 흔적이 나타난 것을 확인하였다. 볼밀 시간이 길어질수록 입자는 비교적 구형으로 관찰 되었다.
- 프로판 5ppm에 대한 WO3:In2O3 가스센서의 감도는 볼밀시간이 증가할수록 증가하였고, 48시간 볼밀 하였을 때 가장 우수하게 나타났다. 볼밀시간이 48시간 이상 증가하면 감도는 오히려 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 또한, WO3: In2O3 가스센서의 메탄가스 5ppm에 대한 감도는 프로판가스에 대한 감도와 비슷하게 48시간 동안 볼밀하여 제작한 센서가 가장 우수하게 나타났다.
- 볼밀을 하지 않은 입자의 크기는 약 1 µm 이상의 큰 입자들 이었으나, 12시간 볼밀 하였을 때 평균 입자의 크기는 약 700 nm, 48시간 볼밀한 입자의 크기는 약 250 nm, 72시간의 경우 약 200 nm 정도로 나타났다.
- 5는 WO3:In2O3 가스센서의 볼밀 시간에 따른 탄화수소계 가스 5ppm에 대한 감도를 나타낸 것이다. 프로판 5ppm에 대한 WO3:In2O3 가스센서의 감도는 볼밀시간이 증가할수록 증가하였고, 48시간 볼밀 하였을 때 가장 우수하게 나타났다. 볼밀시간이 48시간 이상 증가하면 감도는 오히려 감소하는 것을 확인할 수 있었다.
- 6,7) 그러므로 볼밀 시간이 48시간 까지 감도의 증가는 볼밀 시간과 함께 입자의 크기가 작아져 비표면적이 증가하였기 때문이라고 생각된다. 하지만 볼밀 시간이 48 시간 이상 증가하면 앞의 XRD 결과와 같이 입자의 결정성이 파괴되어 오히려 감도가 감소하는 것으로 나타났다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.