초록 ▼

1. 최종목표
신규 전고체형 세라믹스 (all Solid-state Ceramics) 환경오염 NOx 가스 센서 개발
- 전고체형 세라믹스 환경오염 가스센서의 적절한 구조와 그 제작법 확립
- 센서 재료의 대량 합성 기초기술 확립
- 센서 응답기구의 해명, 계면구조의 기구 해명을 실시해 가스 센서 구조 개발에 피드백하여 고성능 센서 개발
- 센서 디바이스의 고차 구조 제어 등에 의해 서브 ppm로부터 ppb 레벨의 대기오염을직접 감시할 수 있는 고감도인 센서 디바이스 구축의 설계
2. 개발내용 및 결

1. 최종목표
신규 전고체형 세라믹스 (all Solid-state Ceramics) 환경오염 NOx 가스 센서 개발
- 전고체형 세라믹스 환경오염 가스센서의 적절한 구조와 그 제작법 확립
- 센서 재료의 대량 합성 기초기술 확립
- 센서 응답기구의 해명, 계면구조의 기구 해명을 실시해 가스 센서 구조 개발에 피드백하여 고성능 센서 개발
- 센서 디바이스의 고차 구조 제어 등에 의해 서브 ppm로부터 ppb 레벨의 대기오염을직접 감시할 수 있는 고감도인 센서 디바이스 구축의 설계
2. 개발내용 및 결과
? 검지재료의 탐색 및 제작, 대량 합성에 대한 기초 기술 확립
? 고이온 도전성 고체전해질 트랜스듀서 제작 및 성능 향상 연구
? Receptor 와 Transducer간 접합계면 해석 및 성능 평가 연구
? 후막형 및 박막형 센서 제작 및 성능 평가 연구
? 교류 임피던스를 이용한 고감도 센싱 조건 확립
? 검지 재료별 NOx 검지 능력 향상 (0~1400 ppm 광역화)
3. 사업성과
? 기술적 성과
- 고이온 전도성 고체 전해질 Transducer 제작 기초기술 확립
: Sol-gel법으로 Li1.5Al0.5Ti1.5(PO4)3 합성 및 대량 공정을 확립하였으며 소결밀도 91% 이상, 실온에서 전기전도도 7.0×10-4 S?cm-1를 갖는 소결체 제작을 완료하였다. 센서의 Transducer로 사용되는 고이온의 도전성 고체전해질의 제작과 특성평가를 완료하였다
- 검지 성능 향상을 위한 검지재료인 금속산화물 탐색 및 제작 기초기술 확립
: Polymeric precursor법으로 650~700℃에서 LaMeO3(Me=Cr, Co, Ni, Mn, Fe) 와 A-site에알칼리 원소계가 첨가된 submicron size의 다양한 Perovskite 산화물 합성 및 대량 합성공정을 확립하였다.
- NOx용 가스센서 소자 구조설계 및 제작 기초기술 확립
: 교류 impedance 신호를 이용한 NOx가스 농도를 산출하여 측정 방법을 확립하였으며, 각재료별 20~1400 ppm의 광역범위의 농도 측정이 가능한 bulk형 센서 제작 및 특성평가를 완료하였다. 그리고 도전율 1.1×10-3 S?cm-1 을 갖는 박막형 센서 소자 제작 완료 및 NO가 스 농도 20~150 ppm의 감도 성능을 가지는 센서 소자 제작을 완료하였다.
- NOx용 가스센서의 접합계면 해석
: 고감도의 선택적 검출을 위하여 산화물 receptor 종류별 측정 가스(NO, NO2), 온도(400~500℃), 주파수(100Hz~10kHz), 인가전압(0.1~1V)에 대한 메카니즘을 규명하여 조건을 확립했다.
? 경제적 성과
급증하는 자동차 시장과 유해가스 배출 규제에 따른 NOx 센서 시스템 수요로 경제적 효과가클 것으로 전망되어 진다. 특히, 최근 과학기술 예측조사에서 5년 후까지, 해결·실현되기 희망하는 과제의 하나로 자동차 배기가스 중의 여러 가지의 가스 성분의 농도를 운전석에서 감시 가능한 센서 개발을 원하기 때문에 전망이 밝다고 할 수 있다.또한 최근 이슈의 하나인 대륙에 대한 환경 문제로 한국과 일본과의 제휴의 중요성이 높아지고 동아시아의 각 지역에서의 수요가 전망된다.
? 사회적 성과(일자리 창출 등)
보다 쾌적한 환경을 구현하기 위하여 자동차 및 모든 산업 현장, 발전소 등 화석연료를 연소시키는 곳에서 각종 유해가스의 양을 규제한다거나 특정한 환경 즉 다중 이용시설, 공동주택등과 같은 실내공기에서의 대기 오염상태, 엄밀하게 말하면 유해가스의 농도를 실시간 지속적으로 모니터링하고 또한 이를 필요에 따라 제어해 주는 일이 필수적인 요소인데 이러한 부분에 기여할 것으로 기대된다.유해가스 배출 규제에 따른 NOx 센서 시스템 및 센서 재료들을 개발 생산하는데 있어 일자리창출에 기여할 것으로 생각되어진다.
4. 향후추진계획
본 연구에서는 NOx용 고성능 가스센서를 개발하였으며, 향후 본 개발품의 상용화를 위하여국제협력연구를 진행한 (주)씨아이제이, 일본 큐슈공업대학과 연계하여 계속 추진할 계획임.적용분야 실증 시험 및 센서제조 기술 확립을 위한 개발연구를 지속적으로 진행할 계획이다.

목차 Contents

• 산학연 국제협력 공동기술개발지원사업 최종보고서...1
• 최종보고서 제출서...2
• 지식재산권 출원.등록비 집행내역...3
• I. 총괄현황...3
• II. 세부집행 내역...3
• 사업비사용실적보고서...4
• I. 총괄현황...4
• II. 사업비 집행실적(2008년 1년차)...4
• III. 사업비 집행실적(2009년 2년차)...9
• 개발결과의견서...15
• 최종보고요약서(초록)...17
• 목차...19
• 표목차...21
• 그림목차...22
• 제 1 장 연구개발과제의 개요...26
• 제 1 절 연구기술의 필요성...26
• 제 2 절 연개발의 국내?외 기술개발 현황...30
• 1. 국내？외 기술개발 현황...30
• 2. 기존 NOx 센서의 종류 및 원리...35
• 제 3 절 연구개발 대상 센서기술 및 구조의 차별성...42
• 제 2 장 과제개발 내용 및 방법...44
• 제 1 절 연구개발 최종목표 및 내용...44
• 1. 연구개발 최종목표...44
• 2. 연구 개발 내용...44
• 3. 연구개발 추진체계 및 수행 방법...48
• 제 2 절 센서 재료 탐색, 개발 내용 및 방법...49
• 1. 고이온 전도성 고체 전해질 Transducer 제작...49
• 2. 검지물질인 La계 perovskite 산화물 Receptor 제작...53
• 제 3 절 센서구조의 개발 내용 및 방법...59
• 1. Bulk형 센서소자 제작...59
• 2. 후막 및 박막형 고체 전해질 센서 제작...61
• 제 4 절 센서 소자의 측정방법...64
• 1. 교류 impedance 측정법...64
• 2. 측정방법 및 산화물 receptor와 이온 도전체의 접합계면의 해석...66
• 제 3 장 연구개발 사업성과...69
• 제 1 절 고이온 전도성 고체 전해질 Transducer 제작 및 특성 평가...69
• 제 2 절 검지물질인 La계 perovskite 산화물 Receptor 제작 및 특성 평가...75
• 제 3 절 후막 및 박막형 고체 전해질 센서 제작 및 특성 평가...86
• 제 4 절 Bulk형 센서 소자의 NOx 감지 특성 및 계면 해석...93
• 제 5 절 센서 소자의 NOx 감지 메커니즘 규명...109
• 제 4 장 결론...112
• 제 1 절 연구개발 결과 요약...112
• 제 2 절 연도별 연구개발 목표의 달성도...114
• 제 3 절 연구성과...116
• 제 4 절 연구개발 결과의 활용계획 및 관련 분야의 기술발전 기여도...118
• 참고문헌...122