초록 ▼

고체전해질을 이용한 온실가스$(CO_2)$, 유독성 가스(SOx, NOx)의 동시 감지 및 제어, 그리고 주거 환경용 또는 건물 감시 모니터링용으로 적용하기 위한 시너지형 이온 칩 화학센서를 제작하는 것을 목표로 하였다. 실제 사용되는 환경에 적합한 전해질, 전극 재료를 선정 개발하였고, 소자의 크기를 정하고 소자가 들어가는 heater와 electrode의 형태를 design하였다. 이를 Feed-back system과 연결하여 사용하기 위해서 소자 design시 타 회로와의 연결이 용이한 구조와 packagi

고체전해질을 이용한 온실가스$(CO_2)$, 유독성 가스(SOx, NOx)의 동시 감지 및 제어, 그리고 주거 환경용 또는 건물 감시 모니터링용으로 적용하기 위한 시너지형 이온 칩 화학센서를 제작하는 것을 목표로 하였다. 실제 사용되는 환경에 적합한 전해질, 전극 재료를 선정 개발하였고, 소자의 크기를 정하고 소자가 들어가는 heater와 electrode의 형태를 design하였다. 이를 Feed-back system과 연결하여 사용하기 위해서 소자 design시 타 회로와의 연결이 용이한 구조와 packaging 방법 또한 개발되었다. 특히 1차년도에서는 $CO_2$ 가스 농도 감지를 위한 Na 이온 컨덕터를 합성하여 공정 조건에 따른 물성 평가를 통해 센서가 사용될 환경에서 빠른 응답 특성과 재현성을 갖도록 하였고, 원하는 농도의 목적 가스에 대한 높은 sensitivity, selectivity, stability를 갖게 하였다. 이렇게 센서 소자 구조와 감지물질을 정한 후 반복되는 실험을 통하며 목적 가스에 대한 높은 sensitivity와 감지 물질과 목적 가스와의 빠른 반응 시간 및 회복 시간을 갖는 적절한 센서 구동 온도와 센서 구성 재료의 sintering 온도 및 시간을 찾아내어 센서 구동 최적 조건을 확립하였다.

Abstract ▼

The purpose of the research was to develop the synergy typed ion chip chemical sensor for monitoring and controlling Green House gas (CO2), toxic gas (SOX, NOX) simultaneously, and sensor for the application of the residential area and building detection by using the solid electrolytes. The electrol

The purpose of the research was to develop the synergy typed ion chip chemical sensor for monitoring and controlling Green House gas (CO2), toxic gas (SOX, NOX) simultaneously, and sensor for the application of the residential area and building detection by using the solid electrolytes. The electrolyte, electrode materials and the size of the device were chosen and developed for the real environment. Also the local heater and the shape of the electrode were designed. To connect the device with feed-back system, proper packaging method which is compatible with other electronic circuit was developed. Especially the first year of the research, fast response characteristics were reproducibly obtained through evaluation of Na ionic conductor fabricated with various conditions. Also high sensitivity, selectivity and stability for the target gas were obtained. After choosing the structure of the sensor device and sensor materials, the optimal operating conditions based on the operating temperature of the sensor, the sintering temperature and time of sensor materials were established through the repeated experiments.
As the basic level of sensing the multi-gases such as CO2/NOX/SOX, Li, Na electrolyte was developed by fabricating and evaluating the characteristics of LI, Na ionic conductors. Also the study on the phase stability of the auxiliary phase was finished by choosing the composition of the sensing electrode for the promotion of the response speed to the gases, the resistance against the humidity and long term stability. Sensitivity equivalent to the 95％ of the theoretical value and less than a few minutes response time were obtained through fabricating the thick film typed sensor by using the densely sintered ceramic electrolyte plate. Also considering heat transfer to the plate, electrolyte materials, and electrode materials, and power consumption and screen printing the Pt film on the Alumina plate in developing heater electrolyte and designing the device to minimize the low power consumption of the device, built-in heater which can work in the range of 400 ∼ 600 oC by consuming less than 1 kW was developed.

목차 Contents

• 제 1 장 서론...9
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...10
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...11
• 제 1 절 이론적 배경...11
• 제 2 절 연구방법 및 결과...21
• 1. 센서 구성재료의 제조 및 평가...21
• 가. Na-beta-Alumina 고체전해질의 합성...21
• 나. Na-beta-Alumina 고체전해질의 전기적 특성평가...22
• 다. 기준전극 물질의 합성 및 물성평가...26
• 2. 센서 소자의 제작 및 특성평가...27
• 가. 초소형 후막 CO2 소자의 제작 및 특성...27
• 나. 기본 벌크형 CO2 소자의 제작 및 특성...37
• 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...45
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...45
• 제 6 장 참고문헌...47