A novel multi-layer type micro gas sensor for $NO_X$ detection was designed and fabricated. Micro platform defined as type II-1 in this article for micro gas sensor was fabricated using the MEMS technology to meet the demanding needs of lower power consumption. Nano composite materials were fabricated with nanosized tin oxide powder and $\underline{m}$ulti-$\underline{w}$all $\underline{c}$arbon $\underline{n}$ano $\underline{t}$ube (MWCNT) to improve sensitivity. We investigated characteristics of fabricated multi-layer type micro gas sensor with $NO_2$ concentration variations at constant 2.2 V. Sensitivity (S) of micro gas sensor were observed to increase from 2.9, to 7.4 and 11.2 as concentrations of $NO_2$ gases increased from 2.4 ppm, to 3.6 ppm and 4.9 ppm. When 2.4 ppm of $NO_2$ gas was applied, response time and recovery time of micro gas sensor were recorded as 101 seconds and 142 seconds, respectively.
가스센서로 많이 쓰이고 있는 $SnO_2$는 분해하기 어렵기 때문에 이의 분해 방법에 대하여 집중적으로 연구했으며, 특히 미량 원소의 분석시에 방해영향이 없는 전처리 방법을 연구하였다. 또한 $SnO_2$에서 촉매로 첨가된 귀금속 중 Pd를 선정하여 이의 정량시 방해를 일으키는 요소에 대하여 연구하고, ICP-AES로 Pd를 정량하는 방법을 확립시켰다.
인간의 오감은 시각, 청각, 촉각, 미각 및 후각 둥으로 구성된다 최근 과학기술의 괄목할만한 진보에 동반하여 감각기관에 관한 연구와 이들을 대행하는 기기 등의 개발이 다방면에서 시도되어지고 있으며, 그 중 사람의 후각에 관한 것으로 인간에 코의 기능을 모방한 가스센서의 개발이 활발히 진행되고 있다. 이러한 가스센서가 환경유해가스를 손쉽게 감지할 수 있다는 장점을 부각시킴으로써 가스센서의 연구는 더욱 활발히 진행되고 있는 실정이다. (중략)
간단한 PCB 공정을 기반으로 하여 저가형의 후막 가스 센서 모듈을 제안하고자 한다. 제안된 센서 모듈은 $NO_2/H_2$ 가스 센서와 습도센서, 그리고 히터를 포함한다. $NO_2/H_2$ 가스와 상대 습도 센서들은 각각 $SnO_2$와 $BaTiO_3$ 나노 입자들을 PCB 기판에서의 IDT(interdigital Transducer)에 프린팅 함으로써 제작되었다. 처음에 1% $H_2$ 가스를 센서 쳄버에 공급하고 4분 후 $H_2$가스 공급을 멈추고 공기를 주입시켰으며, 이러한 동작을 반복적으로 수행하였다. 마찬가지로 $NO_2$로 감지하도록 같은 동작을 실행하였다. $H_2$ 가스에 대한 결과는 도전성의 증가로 인하여 0.8V에서 3.5V로 증가함을 볼 수 있었으며, $H_2$ 가스를 주입한후의 반응 시간은 65초였다. $NO_2$ 가스의 경우는 도전성이 감소함으로써 2.7 V의 전압강하가 일어 났으며, 반응시간은 3초였다.
대기중의 일산화탄소 가스 농도를 측정하기 위한 마이크로 가스센서를 MEMS 공정을 이용하여 제작하였다. $SnO_2$ 가스 감응물질을 작동온도까지 가열하기 위하여 마이크로 히터를 설치하였다. 마이크로 히터에서 발생한 열이 효율적으로 감응물질에만 전달되고 실리콘 베이스로 누설되는 것을 최소화하기 위하여 마이크로 히터와 전극을 레버형으로 만들어 다리처럼 공중에 뜨게 하였으며, 이 위에 감응물질을 올려놓았다. 마이크로 가스센서의 열전달 현상을 상용 열유동 해석 전용 프로그램인 FLUENT를 이용하여 해석하였다. 해석 결과 실리콘웨이퍼 베이스의 온도가 거의 상온에 가까워 마이크로 히터에서 발생한 열이 가스 감응물질을 효과적으로 가열하여서 가스 감응물질의 열적 고립상태를 유지하고 있는 것을 알 수 있었다. 또한 감응물질을 작동온도까지 가열하기 위하여 마이크로 히터에 가하여야 하는 전류의 양을 예측할 수 있었다.
Gas sensing materials for detecting flammable gases such as $CH_4$, $C_3H_8$ and n-$C_4H_{10}$ were developed by util-izing $In_2O_3$ as the principal sensing material. The sensing materials were formulated by mixing $In_2O_3$ powder with one or two other chemicals such as $SnO_2$, $Y_2O_3$ and $Al_2O_3$ with a small addition of $PdCl_2$ as a catalyst. Sample of sensor were fabricated by coating each of the mixtures on a ceramic tube impregnating ethylsili-cate and firing at 75$0^{\circ}C$ Each material mixture was evaluated by measuring and comparing gas sensitivity(resistance in air/resistance with gas) to flammable gases such as $CH_4$, $C_3H-8$ and n-$C_4H_{10}$. It was found that among fifteen compositions tested three compositions as follows show the highest gas sensitivity and thus are very feasible for commercialization as the gas sensors ; o49.5 $In_2O_3$+50 Al2O3_0.5 PdCl2(wt%) o $20In_2O_3+29$$SnO_2+50$ $Al_2O_3+1$$PdCl_2$(wt%) o40 $In_2O_3$+9 $Y_2O_3+50$$Al_2O_3+1$$PdCl_2$(wt%)
$300^{\circ}C$ 이상의 고온에서 동작하는 전통적인 $SnO_{2}$ 또는 ZnO와 같은 전통적인 세라믹 가스 센서보다 훨씬 낮은 온도에서 동작이 가능한 $Pt/MoO_{3}$ 가스 센서를 pellet 형으로 제작하였다. $Pt/MoO_{3}$ 가스 센서의 하고 온도(calcination temperature)에 따른 표면구조의 변화와 결정구조의 변화가 투과전자현미경(transmission electron microscopy)과 X-선 회절시험에 의하여 조사되었다. 투과전자현미경 사진으로부터 하소 온도가 증가할수록 시편에서 $PtCl_{x}$에서 Cl의 양이 줄어드는 것과 Pt위에 $MoO_{3}$의 얇은 막(overlayer)이 형성되어 있다는 것을 보여준다. 가스 흡착 시험 결과 표면구조의 변화에 따라서 시편의 수소 저장 능력이 변화함을 보여주었다. $50^{\circ}C$와 $150^{\circ}C$에서 수소가스 감지도를 측정한 결과 매우 우수한 결과를 보여 주었다.
A cobalt oxide - tin oxide nanocomposite based gas sensor on an $SiO_2$ substrate was fabricated. Granular thin film of tin oxide was formed by a rheotaxial growth and thermal oxidation method using dc magnetron sputtering of Sn. Nano particles of cobalt oxide were spin-coated on the tin oxide. The cobalt oxide nanoparticles were synthesized by polymer-assisted deposition method, which is a simple cost-effective versatile synthesis method for various metal oxides. The thickness of the film can be controlled over a wide range of thicknesses. The composite structures thus formed were characterized in terms of morphology and gas sensing properties for reduction gas of $H_2$. The composites showed a highest response of 240% at $250^{\circ}C$ upon exposure to 4% $H_2$. This response is higher than those observed in pure $SnO_2$ (90%) and $Co_3O_4$ (70%) thin films. The improved response with the composite structure may be related to the additional formation of electrically active defects at the interfaces. The composite sensor shows a very fast response and good reproducibility.
In this study, a thick-film semiconductor odor gas sensor for the detection of $CH_3$SH was developed using SnO$_2$ as the main substrate and was investigated in terms of its sensitivity and reaction time. In the process of manufacturing the sensor, Taguchi's design of experiment (DOE) was applied to analyze the effects of a variety of parameters, including the substrate, the additives and the fabrication conditions, systematically and effectively. Eight trials of experiments could be possible using the 27 orthogonal array for the seven factors and two levels of condition, which originally demands 128 trials of experiments without DOE. The additives of Sb$_2$O$_{5}$ and PdCl$_2$ with the H$_2$PtCl$_{6}$ ㆍ6$H_2O$ catalyst were appeared to be important factors to improve the sensitivity, and CuO, TiO$_2$, V$_2$O$_{5}$ and PdO were less important. In addition, TiO$_2$, V$_2$O$_{5}$ and PdO would improve the reaction time of a sensor, and CuO, Sb$_2$O$_{5}$, PdCl$_2$ and H$_2$PtCl$_{6}$ㆍ6$H_2O$ were negligible. Being evaluated simultaneously in terms of both sensitivity and reaction time, the sensor showed the higher performance with the addition of TiO$_2$ and PdO, but the opposite results with the addition of CuO, V$_2$O$_{5}$, Sb$_2$O$_{5}$ and PdCl$_2$. The amount of additives were superior in the case of 1% than 4%. H$_2$PtCl$_{6}$ㆍ6$H_2O$ would play an important role for the increase of sensor performance as a catalyst.nce as a catalyst.
Kim, Tae Hyung;Song, Yoseb;Lee, Chan-Gi;Choa, Yong-Ho
한국분말재료학회지
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제24권5호
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pp.351-356
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2017
Tin dioxide nanoparticles are prepared using a newly developed synthesis method of plasma-assisted electrolysis. A high voltage is applied to the tin metal plate to apply a high pressure and temperature to the synthesized oxide layer on the metal surface, producing nanoparticles in a low concentration of sulfuric acid. The particle size, morphology, and size distribution is controlled by the concentration of electrolytes and frequency of the power supply. The as-prepared powder of tin dioxide nanoparticles is used to fabricate a gas sensor to investigate the potential application. The particle-based gas sensor exhibits a short response and recovery time. There is sensitivity to the reduction gas for the gas flowing at rates of 50, 250, and 500 ppm of $H_2S$ gas.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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