초록 ▼

□ 연구개요
본 연구에서는 IoT, 유해 대기 환경 능동모니터링 등을 위하여 널리 사용되고 있는 반도체식 저항 가변 기체 감지 센서에 새로운 소재를 적용하고, 새로운 구조로 센서를 제작하고, 성능을 극대화하는 것을 목표로 하였음.
최종 연구 목표를 위한 세부목표는 아래와 같음.
1. 전기화학적/화학적으로 조성의 제어가 가능한 리튬이차전지용 전극 산화물을 기체 탐지 소재로 적용하여, 조성에 따른 소재의 물성 변화와 이에 수반되는 기체 감지 기능을 체계적으로 연구.
2. 기체와 산화물과의 반응기구를 제안하고, 다양

□ 연구개요
본 연구에서는 IoT, 유해 대기 환경 능동모니터링 등을 위하여 널리 사용되고 있는 반도체식 저항 가변 기체 감지 센서에 새로운 소재를 적용하고, 새로운 구조로 센서를 제작하고, 성능을 극대화하는 것을 목표로 하였음.
최종 연구 목표를 위한 세부목표는 아래와 같음.
1. 전기화학적/화학적으로 조성의 제어가 가능한 리튬이차전지용 전극 산화물을 기체 탐지 소재로 적용하여, 조성에 따른 소재의 물성 변화와 이에 수반되는 기체 감지 기능을 체계적으로 연구.
2. 기체와 산화물과의 반응기구를 제안하고, 다양한 소재에서 이에 대한 검증 수행.
3. 최적의 소재 및 조성의 소재를 선정하여, 다양한 미래 환경과 미래 기술과 병립할 수 있는 초고성능 반도체식 기체 탐지 센서 제작에 대한 연구 수행.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 연구에서 수행된 연구내용은 3년간의 다년도 연구를 통하여 3단계로 구성.
1단계: 전기화학적/화학적 조성 제어가 가능한 다조성 산화물의 센서 특성 연구
-리튬이차전지용 양극소재 중 대표적인 소재인 LiFePO₄ 를 센서의 기체 반응 소재로 우선 적용하여 연구하였음. LiFePO₄은 반도체 특성을 나타내며, 고온 안정성이 높고, 소재 내 리튬 양을 전기화학 셀 조립 후 충전/방전 혹은 산처리를 통하여 제어가 가능하기에, 기체 반응 소재로서 온도/조성 변화에 따른 기체 감지 특성 변화 연구를 수행하였음.
-특히, 리튬 이온 자리의 리튬을 소재에서 충전 혹은 산처리를 통하여 구조에서 줄여나가면서 이에 대한 기체 탐지 특성을 면밀한 관찰을 통하여 소재의 조성 및 반도체 특성에 따른 기체 감지 특성에 대한 연구를 수행하였음.
2단계: 조성에 따른 기체 감지 반응기구 제안 및 신조성의 산화물 적용을 통한 반응 기구 검증/확립 연구
-1단계의 연구결과를 바탕으로, 소재의 조성 및 반도체 특성에 따른 기체 감지 특성에 대한 상관기구 및 반응기구의 제안. 반응기구 제안을 위하여 기체 감지 특성 외에, 소재 물성과 센서 특성 사이의 상관성 연구 및 반응기구 정립을 위하여 다차원 상보적 분석을 수행하였음.
-다른 조성, LiMn_0.5Fe_0.5PO₄, 로 소재를 확대하여, 소재 내 도핑 원소, 구조 내 리튬 양과 다양한 기체 종들의 결합을 통하여 반응기구를 검증하는 연구를 수행하였음.
3단계: 최적화된 조성을 가지는 복잡계 산화물계 페라이트를 센서 적용을 통한 기존 반도체식 센서의 성능 한계 돌파가 가능한 수분 탐지 센서를 개발
-소재와 기체 감지 특성에 대한 면밀한 검토를 통하여 최적의 소재 및 센서를 제안하고, 기존의 반도체식 가스 센서 대비 우수한 감응도, 선택도, 응답속도를 확보.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
규명된 기체 탐지 시스템은 아래와 같은 연구의 학술적 기여를 하였음.
- 에너지 분야에서 주로 활용되었던 복잡조성의 무기산화물 소재의 센서용 기체 탐지 소재로 신규 적용을 통한 과학, 공학 분야에서 새로운 지식의 창출 가능성이 높아 학술적 의의가 매우 큼. 또한, 고체와 기체 사이의 반응 기구에 대한 상세한 연구는 기존 지식의 확장이 가능하였음.
- 반응 기구가 규명된 복합 다조성 기체 탐지 시스템은 산업적 기여가 가능.
에너지 분야에서 주로 활용되었던 복잡조성의 무기산화물 전극 소재의 센서용 기체 탐지 소재 적용을 통하여 새로운 사업 분야의 창출 가능성
- 제안하는 연구 방법론을 통하여 센서 시스템을 최적화하는 기반 기술의 개발이 가능하였음. IoT 기반 네트워크 사회 구축을 위한 상온 작동 고성능 기체 감지 시스템 개발이 가능.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• (1) 연구 최종목표 ... 4
• (2) 연구개발의 필요성 ... 4
• (3) 연구내용 및 범위 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• (1) 연구개발과제의 수행 과정 ... 6
• (2) 연구개발과제의 수행 내용 ... 7
• 3. 연구과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 11
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 11
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 19
• 6. 자체점검표 ... 19
• 7. 참고문헌 ... 19
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 21
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 23
• 끝페이지 ... 35