초록 ▼

□ 연구개요
● 나노입자 프린팅 시스템을 통해 상온 구동 다양한 금속 산화물 가스 센싱 박막을 제작하고, 반응성 향상을 위해 가스 센서용 헤테로 접합 재료를 개발함.
● 가스 센서 시각화를 위해 저전압 구동 및 멀티 컬러 구현이 가능한 유기 전기 변색 젤 전해질 소자를 개발함.
● 최종적으로 개발한 상온 구동 금속 산화물 가스 센싱 박막 및 저전압 구동 유기 전기 변색 소자를 한 회로 내에 구성하여 새로운 유형의 ‘유해 가스 컬러 센싱 시스템’을 개발하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
< 1차년

□ 연구개요
● 나노입자 프린팅 시스템을 통해 상온 구동 다양한 금속 산화물 가스 센싱 박막을 제작하고, 반응성 향상을 위해 가스 센서용 헤테로 접합 재료를 개발함.
● 가스 센서 시각화를 위해 저전압 구동 및 멀티 컬러 구현이 가능한 유기 전기 변색 젤 전해질 소자를 개발함.
● 최종적으로 개발한 상온 구동 금속 산화물 가스 센싱 박막 및 저전압 구동 유기 전기 변색 소자를 한 회로 내에 구성하여 새로운 유형의 ‘유해 가스 컬러 센싱 시스템’을 개발하고자 함.

□ 연구 목표대비 연구결과
< 1차년도 목표 및 달성도 >
■ 연구 목표
● NO_x 검출을 위한 상온 가스 센싱 헤테로 접합 재료 설계 및 가스 센싱 박막 제작(헤테로 접합 재료의 밴드갭: <2.5 eV, 박막 크기: 4 cm X 4 cm)
● 비올로젠 기반 젤 전해질 개발을 통한 저전압 구동 전기 변색 소자 제작(노랑↔초록↔마젠타 구현, 각 모드 간 CIE (International commission on illumination: 국제조명위워회) 색도 차이 ΔE > 20)
■ 연구 결과
● 나노입자 프린팅 방식으로 4 종류의 금속 산화물 센싱 박막 (WO₃, ZnO, TiO₂, ZnO-TiO₂) 및 수열 합성법을 통한 계면 재료 (MoS₂) 코팅된 헤테로 접합 박막 개발
● 계면 재료 (MoS₂) 코팅된 가스 센싱 박막의 밴드갭 에너지 2.1 eV 이하 감소 확인
● 4 cm X 4 cm 크기의 대면적 헤테로 접합-가스 센싱 박막(WO₃/MoS₂) 제작 완료
● 비올로젠 기반 유기 전기 변색 젤 전해질 개발 및 ‘노랑↔마젠타↔남색’의 3색 구현 확인
● 1.4 V 이하의 구동 전압 확인 및 CIE 분석 결과 최대 33.22의 ΔE 확인
< 2차년도 목표 및 달성도 >
■ 연구 목표
● 1차년도에 개발한 헤테로 접합 재료를 이용하여 NO_x 가스 센서의 성능 평가 (NO_x 50, 100, 150, 200 ppm 기준 50 ℃ 이하의 온도에서 감응성 측정)
● 저전압 구동 전기 변색 소자의 내구성 확인 (50회 연속 변/탈색 및 초기 투과도 변화 대비 80% 성능 유지)
● 제작한 가스 센서 및 전기 변색 소자를 이용한 ‘유해 가스 컬러 센싱 시스템’ 제작 및 성능 평가
■ 연구 결과
● 다양한 금속 산화물 센싱 박막 (WO₃,ZnO-TiO₂, SnO₂)의 NO_x 가스 감응성 평가 및 최적의 재료 선정
● ZnO-TiO₂와 ZnO-TiO₂/MoS₂의 100 ℃, 500 ppm NO_x 가스 감응성 비교 완료
● 최종 선정된 ZnO-TiO₂ 가스 센서의 NO_x 50, 100, 150, 200 ppm (50 ℃) 감응성 측정 완료
● 비올로젠 기반 유기 전기 변색 소자의 100회 연속 변/탈색 투과도 후 초기 투과도 변화 대비 99% 성능 유지 확인
● ZnO-TiO₂ 가스 센서와 전기 변색 소자를 이용한 가스 센싱 회로 설계 및 NO_x 50, 100, 150, 200 ppm 기준 (50 ℃) 유해 가스 컬러 센싱 시스템 성능 확인

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성)
● 본 연구에서는 NO_x 가스 센싱이 가능한 ZnO-TiO₂ 박막을 제작하고, 저전압 구동 가능한 비올로젠 기반 유기 전기 변색 소자를 개발하였음.
● 개발한 두 소자를 한 회로에 포함함으로써 사용자가 시각적으로 편리하게 유해 가스의 유무를 판단할 수 있는 ‘유해 가스 컬러 센싱 시스템’을 개발하였음.
● (산업적 파급 효과) 현 가스 센서의 검출 방식을 간소화함으로써 산업 현장에서의 사용 편의성을 향상시켰으며, 상온/저진공 공정의 나노입자 프린팅 시스템을 이용함으로써 가스 센서 생산 원가 절감 및 생산성 향상이 예상됨.
● (기술적 파급 효과) 50 ℃의 상온 구동 가스 센싱 박막의 개발로 타 가스 센서의 높은 구동 온도의 기술적 한계를 극복하였으며, 다양한 금속 산화물 가스 센싱 박막 연구를 통해 질 좋은 데이터 제공이 가능함. 더불어 새로운 비올로젠 기반 유기 전기 변색 젤 전해질을 개발함으로써 연구 노하우 및 향후 젤 전해질 개발 연구에 새로운 패러다임을 제시할 수 있음.
● (활용 계획 및 기대 효과) 본 연구에서 개발한 ‘유해 가스 컬러 센싱 시스템’은 공간 내 유해 가스의 유무를 사용자가 간편하게 인지할 수 있어 산업 현장에서의 활용 방안이 무궁무진하며, 추후 연구를 통해 구동 메커니즘을 확립하고 다양한 시각화 센싱 시스템을 개발하고자 함.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1-1) 연구의 목적 ... 4
• 1-2) 연구개발의 필요성 ... 4
• 1-3) 연구 가설 및 가설 도출 근거 ... 4
• 1-4) 최종 연구 목표 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 1) 1차년도 (2022.06.01.~2023.02.28.) ... 5
• 2) 2차년도 (2023.03.01.~2024.02.29.) ... 6
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 9
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 9
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 10
• 3) 목표 달성 수준 ... 10
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 11
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 12
• 6. 자체점검표 ... 12
• 7. 참고문헌 ... 13
• 끝페이지 ... 31