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문제 정의
- [3], 특히 금속 촉매와 산화물 촉매는 가스와 반응하는 기구가 달라 쵹매의형태에 따라 가스감지 특성이 달라질 수 있다. 따라서 본 연구에서는 촉매를 금속 및 산화물로 각각 제작하여 촉매 형태에 따른 메탄(CHQ 가스의 감지 특성을 비교 관찰하였다. 산화물 촉매로 Pd 를, 금속 촉매로 pt를 각각 도핑 후 45CC 이상에서 열처리하였다.
제안 방법
- Pt 촉매를 3wt%로 도핑한 감지 물질 paste를 인쇄 후 온도를 450, 500, 550, 600笆로 하여 각각 1~5 시간동안 열처리 후 가스감지 특성을 측정하였다. 그 결과가 그림 5에 나타나 있다.
- 감지 후막을 인쇄 및 건조하였다. 실험 방법에서 설명한 바와 같이 감지 물질은 Pd 및 Pt 촉매의 비율을 달리하여 제작하였고, 이들을 인쇄 및 건조 후 450~ 600℃의 온도로 열처리하였다.
- 제작된 감지 후막을'450, 500, 550, 60CTC의 온도로 각각 열처리 후 가스감지 특성을 평가하여 최적의 조건을 선택하였다. 감지물질의 입도는 고분해능 전자현미경(HRTEM)을 이용하여 관찰하였고, 열처리 온도에 따른 촉매의 결정상은 XRD를 이용하여 분석하였다. 그 후 감지 후막을 이용하여 크기 2×2mm2의 반도체식 가스센서를 제작하였다.
- 촉매 제작시 저온복합촉매도핑법 14]을이용하여 상용 분말에 300℃ 이하의 온도에서 촉매를 도핑하였다. 단원계 촉매로는 Pd 및 Pt를 각각 3wt% 씩 도핑하였다. 그리고 이원계 촉매의 경우 Pd : Pt의 농도비가 각각 1 : 2wt% 및 2 : Iwt% 가 되도록 도핑하였다.
- 따라서 3wt%의 Pt 촉매를 SnO2 나노 분말에 도핑하여 가스감지물질 및 paste를 제작, 알루미나 기판 위에 인쇄한 감지 후막을 5001로 열처리하여 가스 센서를 제작하였다' 제작된 센서를 메탄가스에 반응시켜 감도 및 반응시간 등 가스 감지 특성을 평가하였고 그 결과를 그림 6에 나타내었다. 가스감지 특성의 경우 그림 6 (隹)에 나타낸 것처럼 초기 감지 특성이 057로 매우 우수한 특성을 나타내었고, 5시간 시효 후 특성 변화폭이 3.
- 산화물 촉매로 Pd 를, 금속 촉매로 pt를 각각 도핑 후 45CC 이상에서 열처리하였다. 또한 두 가지 촉매를 농도를 조절하여 동시에 도핑, 이원계 촉매 시스템을. 제작하였고 단원계 촉매 시스템과의 특성을 비교하였다.
- 따라서 본 연구에서는 촉매를 금속 및 산화물로 각각 제작하여 촉매 형태에 따른 메탄(CHQ 가스의 감지 특성을 비교 관찰하였다. 산화물 촉매로 Pd 를, 금속 촉매로 pt를 각각 도핑 후 45CC 이상에서 열처리하였다. 또한 두 가지 촉매를 농도를 조절하여 동시에 도핑, 이원계 촉매 시스템을.
- 감지 후막을 인쇄 및 건조하였다. 실험 방법에서 설명한 바와 같이 감지 물질은 Pd 및 Pt 촉매의 비율을 달리하여 제작하였고, 이들을 인쇄 및 건조 후 450~ 600℃의 온도로 열처리하였다. 열처리 온도에 따른 Pd 및 Pt 촉매의 형태를 분석하기 위해 Pd acetate와 Pt acetylacetonate를 이용하여 500 및 60CXC로 열처리하였고, 열처리된 시편은 XRD를 이용하여 분석하였다.
- 실험 방법에서 설명한 바와 같이 감지 물질은 Pd 및 Pt 촉매의 비율을 달리하여 제작하였고, 이들을 인쇄 및 건조 후 450~ 600℃의 온도로 열처리하였다. 열처리 온도에 따른 Pd 및 Pt 촉매의 형태를 분석하기 위해 Pd acetate와 Pt acetylacetonate를 이용하여 500 및 60CXC로 열처리하였고, 열처리된 시편은 XRD를 이용하여 분석하였다. 각 촉매의 분석 결과를 그림 2와 그림 3에 각각 나타내었다.
- 그리고 이원계 촉매의 경우 Pd : Pt의 농도비가 각각 1 : 2wt% 및 2 : Iwt% 가 되도록 도핑하였다. 이렇게 도핑된 감지 물질을 이용하여 paste를 제작하였고, 이를 이용하여 스크린 인쇄법으로 감지 후막을 제작하였다. 제작된 감지 후막을'450, 500, 550, 60CTC의 온도로 각각 열처리 후 가스감지 특성을 평가하여 최적의 조건을 선택하였다.
- 그 후 감지 후막을 이용하여 크기 2×2mm2의 반도체식 가스센서를 제작하였다. 제작된 각각의 센서는 500 ~ 10, 000 ppm의 메탄(CHG 가스를 이용하여 가스감지 특성을 평가하였다. 감도는 3, 500ppm에서 측정된 저항값을 l, (X) Oppm에서측정된 저항값으로 나눈 R3500/R1000으로 나타내었다.
- 이렇게 도핑된 감지 물질을 이용하여 paste를 제작하였고, 이를 이용하여 스크린 인쇄법으로 감지 후막을 제작하였다. 제작된 감지 후막을'450, 500, 550, 60CTC의 온도로 각각 열처리 후 가스감지 특성을 평가하여 최적의 조건을 선택하였다. 감지물질의 입도는 고분해능 전자현미경(HRTEM)을 이용하여 관찰하였고, 열처리 온도에 따른 촉매의 결정상은 XRD를 이용하여 분석하였다.
- 또한 두 가지 촉매를 농도를 조절하여 동시에 도핑, 이원계 촉매 시스템을. 제작하였고 단원계 촉매 시스템과의 특성을 비교하였다.
- 가스반응 시간의 경우도 매우 우수한 특성을 나타내었다. 즉, 가스 센서를 공기 중에서 2분간 유지시킨 후 2000 ppm의 농도가 되도록 메탄가스를 투입하여 4분간유지시키고, 다시 가스를 배출시키면서 공기를 투입하였다. 그 결과 그림 6 (b)에 나온 것처럼 반웅시간은 약 20초 이하로 매우 빠른 응답특성을 나타내었다.
대상 데이터
- 원료물질로서 평균 입도가 15nm인 SnO2 나노 분말(RARE 사)을 이용하여 다양한 구조의 촉매를 제작하였다. 촉매 제작시 저온복합촉매도핑법 14]을이용하여 상용 분말에 300℃ 이하의 온도에서 촉매를 도핑하였다.
이론/모형
- 촉매 제작시 저온복합촉매도핑법 14]을이용하여 상용 분말에 300℃ 이하의 온도에서 촉매를 도핑하였다. 단원계 촉매로는 Pd 및 Pt를 각각 3wt% 씩 도핑하였다.
성능/효과
- 가스감지 특성의 경우 그림 6 (隹)에 나타낸 것처럼 초기 감지 특성이 057로 매우 우수한 특성을 나타내었고, 5시간 시효 후 특성 변화폭이 3.5% 이내로 안정된 특성을 나타내었다. 가스반응 시간의 경우도 매우 우수한 특성을 나타내었다.
- 본 연구에서는 3wt% Pd와 3wt% Pt의 단원계및 12~2:lwt% Pd:Pt의 이원계 촉매를 이용하여 반도체식 후막 가스 센서를 제작, 촉매 시스템에 따른 가스 감지 특성을 비교하였다' 이원계 촉매 시스템을 가진 가스 센서는 시효 시간에 따라 감도 값이 변하는 불안정한 현상을 나타났으나, 단원계 촉매의 경우 시효 시간이 지나도 감도 값이 비교적 안정된 특성 값을 나타내었다. 특히 50C TC에서 열처리한 3wt% Pt 촉매의 경우 5시간 시효 후에도 감도 변화 폭이 3.
- 이러한 분석 결과로 미루어 보아 Pd 촉매를 나노 SnO2 입자에 도핑한 경우 산화물 형태로서 메탄가스와 반응하고, 반면에 Pt 촉매를 도핑한 경우는 SnOz 입자 위에 금속 형태로서 존재하여 메탄가스와 반응할 것으로 예측된다.
- 안정된 특성 값을 나타내었다. 특히 50C TC에서 열처리한 3wt% Pt 촉매의 경우 5시간 시효 후에도 감도 변화 폭이 3.5% 이하의 매우 안정된 특성을 나타내었고, 반응 시간도 20초 이하로 매우빠룐 응답 특성을 나타내는 4 우수한 특성의 가스 센서를 제작할 수 있었다.
- 반면에 Pd 또는 Pt를 각각 단원계로 도핑한 경우 규칙적으로 변하거나 일정한 경향을 나타내었다. 특히 Pt를 3wt%의 농도로 저온 도핑한 결과 시효 시간이 지남에도 불구하고 값이 안정된 결과를 나타내었다.
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