Pt가 도핑된 ZnO 나노로드 구조 기반의 C2H2 센서 개발

Abstract

귀금속 및 금속 산화물의 나노 구조는 고성능 가스 센서의 제작을 위해 사용되는 주 재료이다. 그러나 대부분의 제작된 저항형 가스센서는 변압기의 절연유와 같은 열악한 환경에서는 좋은 성능을 보이지 못한다는 단점을 보이고 있다. 본 논문에서는 아세틸렌(C2H2) 가스를 감지하는데 귀금속(Pt)로 도핑된 감지 물질(Zinc Oxide, ZnO)의 3D 나노로드 구조가 좋은 성능을 발휘한다는 것을 보여준다. ZnO 나노입자의 박막은 RF스퍼터를 사용해서 증착되고, 3D ZnO 나노로드 구조가 화학적 방법으로 형성되어 Pt (Platinum)로 도핑된다. 센서에 자체적인 열 공급을 위해 센서와 동일한 평면에 온도센서와 통합된 마이크로히터가 시뮬레이션을 통해 디자인되고, 제작된다. 제작된 센서는 각각의 다른 농도의 C2H2 가스 (200ppm, 1000ppm, 1500ppm)에서 실험되었으며 이전에 제작되어 발표된 다른 센서들에 비해 큰 감도를 보여주었다. 또한 실용적인 부분에서도 본 연구에서 제작된 센서가 좋은 성능을 발휘한다는 것을 보여주기 위해 자체적으로 개발된 시스템 환경 내에서 센서를 실험해보았고 이전 테스트와 유사한 결과를 갖는다는 것을 보였다. 마지막으로, 지속적인 연구를 통해 표면탄성파를 이용한 가스센서를 새로 설계하고 간단히 테스트를 해보았으며, 그 결과 새로 설계 된 센서가 절연유에서도 C2H2 가스를 실시간으로 감지를 할 수 있다는 가능성을 보였다.