[논문]스크린 프린팅 기반 저가형의 플렉서블 칼륨 이온 센서 제조 및 이의 전기화학적 특성

손선규; 박홍준; 김영균; 조현상; 최봉길

doi:10.14478/ace.2019.1087

스크린 프린팅 기반 저가형의 플렉서블 칼륨 이온 센서 제조 및 이의 전기화학적 특성
Fabrication of Low-cost and Flexible Potassium Ion Sensors based on Screen Printing and Their Electrochemical Characteristics 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.30 no.6, 2019년, pp.737 - 741

손선규 (강원대학교(삼척캠퍼스) 화학공학과) , 박홍준 (강원대학교(삼척캠퍼스) 화학공학과) , 김영균 (강원대학교(삼척캠퍼스) 화학공학과) , 조현상 (강원대학교(삼척캠퍼스) 화학공학과) , 최봉길 (강원대학교(삼척캠퍼스) 화학공학과)

초록
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본 연구에서는 스크린 프린팅 공정을 이용하여 저렴하고 유연한 칼륨 이온(K⁺) 센서를 제작하였다. 전도성 잉크의 균일한 코팅은 주사 전자 현미경 및 광학 현미경 측정에 의해 입증되었다. K⁺ 센서는 높은 감도, 빠른 응답 시간, 낮은 검출 한계를 보여주었다. 제조된 K⁺ 센서의 감도는 기계적으로 구부러진 상태에도 여전히 유지되었다. 히스테리시스 효과가 없는 우수한 반복성과 우수한 장기 안정성이 K⁺ 센서의 전기화학적 특성 분석에서 관찰되었다. 또한, K⁺ 센서는 다른 간섭 양이온이 존재하는 경우에도 정확하게 K⁺ 농도를 측정 할 수 있어 우수한 선택성을 증명하였다. 또한, 실제 스포츠 음료 샘플에서 K⁺ 농도의 성공적인 측정은 K⁺ 센서의 K⁺ 농도 값과 상용 K⁺ 미터를 비교하여 증명되었다.

Abstract ▼ AI-Helper

A low-cost and flexible potassium ion (K+) sensor was fabricated through a screen-printed process. Uniform and conformal coating of conductive inks was verified by scanning electron microscopy and optical microscopy measurements. The K+-sensors showed a high sensitivity, fast response time, and low detection limit. The sensitivity of K+-sensor was similar to that of both mechanically normal and bent states. The K+-sensor exhibited a good reproducibility with no hysteresis effect and excellent long term stability. In addition, the K+-sensor showed an excellent selectivity for K+ concentrations in the presence of other interfering cation ions. Successful measurements of K+ concentrations in sports drink samples were demonstrated by comparing K+ concentration values from K+-sensor to those of using a commercial K+-meter.

주제어

표/그림 (6)

그림 Figure 1. (a) Schematic illustration for preparing K⁺-sensor based on a screen-printing process, (b) photograph images of K⁺ sensor, (c) cross-sectional SEM image of K⁺-sensor, (d) and (e) optical images of K⁺-sensor.
그림 Figure 2. (a) A plot of EMF responses versus log[K⁺] for the K⁺-sensor, (b) repeatability curve for the K⁺-sensor with varying K⁺ concentration, (c) response time test by diluting KCl solution from 100 mM to 1 mM, (d) EMF responses of K⁺-sensor under mechanically normal and bent states.
그림 Figure 3. (a) Long-term stability of K⁺-sensor measured in 100 mM KCl, (b) EMF responses of K⁺-sensor measured in a range of 100~0.1 mM KCl.
그림 Figure 4. (a) EMF responses of K⁺-sensors with different ions of NH₄⁺, Na⁺, Ca²⁺, and Mg²⁺, (b) EMF responses of K⁺-sensors in the presence of different ion concentrations of 10 mM KCl, 0.1 mM MgCl₂, 0.1 mM CaCl₂, 1 mM NH₄Cl, 10 mM NaCl, and 100 mM KCl.
그림 Figure 5. K⁺ concentration of sports drink (Pocari Sweat^TM) measured by K⁺-sensor and commercial K⁺-meter.
표 Table 1. Selectivity coefficients of the K⁺-sensor using a SSM with the interference ions of Na⁺, NH₄⁺, Ca²⁺, and Mg²⁺

AI 본문요약
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대상 데이터

B-98 (polyvinyl butyral, PVB), tetrahydrofuran (THF), potassium chloride, calcium chloride, sodium chloride, magnesium chloride and ammonium chloride were purchased from Sigma-Aldrich (USA). An Ag paste (LS-405-5) and carbon paste (FTU-16) were obtained from Asahi Chemical Research Laboratory (Japan). An Ag/AgCl ink was purchased from Ercon (USA).
Valinomycin (potassium ionophore I), potassium tetrakis(4-chlorophenyl)borate (KTClPB), bis(2-ethylhexyl)sebacate (DOS), polyvinyl chloride (PVC), BUTVAR® B-98 (polyvinyl butyral, PVB), tetrahydrofuran (THF), potassium chloride, calcium chloride, sodium chloride, magnesium chloride and ammonium chloride were purchased from Sigma-Aldrich (USA).

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